IPC分类号 : C08G69/00,G11B9/00,G09C5/00,H04K1/00
专利摘要
本发明涉及一种用于合成聚(烷氧基胺酰胺)的方法,其中的单体链在两个单体之间具有至少一个热不稳定的键,其中所述方法包括:在固体或可溶性基材上,将处于式X‑C(R,R’)‑Y‑COOH的单卤代羧酸形式的酸单体与具有游离末端氮氧化物自由基>N‑O°和游离末端伯胺基‑NH2的胺单体通过进行两个单独的且化学选择性的化学反应进行反应,其中的一个反应包括将前述的‑COOH和‑NH2反应例如以获得酰胺键‑NH‑CO‑Y‑C(R,R’)‑,而另一个反应包括将借助适合于所述卤素元素X的催化剂就地获得的‑Y‑C(R,R’)°自由基与所述氮氧化物官能团>N‑O°反应,以获得烷氧基胺键‑Y‑C(R,R’)‑O‑N<,以及在合适的催化剂存在下,利用与所使用的一种或多种前述的卤代酸单体相同或不同的式X‑C(R,R’)‑Y‑COOH的新型卤代酸单体,或利用与前述的自由基胺单体相同或不同的具有游离末端基团>N‑O°和游离末端伯胺基‑NH2的新型自由基胺单体,以交替的方式重复所述前述的化学反应如所需那么多次,直至获得所需的完整共聚物链。本发明还涉及所获得的聚合物及其用途。
权利要求
1.一种用于合成聚(烷氧基胺酰胺)型的共聚物的方法,其中单体类型和单体序列的长度被控制,其中链具有至少一个在单体之间的热不稳定的键,并且其中一个或多个离解温度全都大于30℃,但总是小于150℃,所述方法的特征在于:它包括在固体基材上,将处于式X-C(R,R’)-Y-COOH的单卤代羧酸形式的第一酸单体与具有游离末端氮氧化物>N-O
H、CH
其中R’独立地选自由以下各项形成的组:
H、CH
并且Y独立地选自由以下各项形成的组:
共价键和–COO-Z-,其中Z是直链、支链或环状的具有1至15个碳原子的烃链,其任选地被取代。
2.根据权利要求1的方法,其中所述一个或多个离解温度全都大于50℃,但总是小于130℃。
3.根据权利要求1的方法,其中所述一个或多个离解温度全都大于60℃,但总是小于130℃。
4.根据权利要求1的方法,其中Z是直链、支链或环状的具有1至15个碳原子的烃链,其任选地被选自由以下各项形成的列表中的基团取代:-OH、-NH
5.根据权利要求4的方法,其中所述炔基是–C≡C-H。
6.根据权利要求1的方法,其中所述共聚物的合成是在配备有能够固定前述的第一胺单体或第一酸单体的化学反应性引物基团的固体基材上开始的,并且其中随后逐步地,将补充的胺和酸单体接枝到所述第一胺单体或第一酸单体上,直至获得所需的共聚物。
7.根据权利要求6的方法,其中所述固体基材具有作为引物基团的基团–NH
8.根据权利要求7的方法,其中所述固体基材具有作为引物基团的基团–NH
9.根据权利要求1的方法,其中对于所使用的单卤代羧酸X-C(R,R’)-Y-COOH,X独立地为Br或Cl。
10.根据权利要求9的方法,其中所使用的单卤代羧酸X-C(R,R’)-Y-COOH是从相应的式X-C(R,R’)-Y-CO-O-CO-Y-C(R,R’)-X的二卤代的对称酸酐通过离解原位获得的。
11.根据权利要求10的方法,其中所使用的单卤代羧酸X-C(R,R’)-Y-COOH是从2-溴异丁酸酐或2-溴丙酸酐通过离解原位获得的。
12.根据权利要求1至11中任一项的方法,其中所使用的催化剂是卤代金属盐。
13.根据权利要求12的方法,其中所述卤代金属盐是金属的氯化物或溴化物,所述金属选自由以下各项形成的组:Cu、Ag、Zn、Ni、Pd、Co、Rh、Fe、Ru、Mn、Pt和Au。
14.根据权利要求13的方法,其中当X=Br时,所述卤代金属盐为CuBr。
15.根据权利要求1至11中任一项的方法,其中所使用的胺单体选自由以下各项形成的组:
16.根据权利要求1至11中任一项的方法,其中仅使用Br-C(CH
17.通过根据权利要求1至16中任一项所述的方法获得的或能够获得的聚(烷氧基胺酰胺)。
18.根据权利要求17的聚(烷氧基胺酰胺),其中它包含通过多个热不稳定的键分隔开的单体的多个序列。
19.根据权利要求18的聚(烷氧基胺酰胺),其中所述热不稳定的键在性质上是化学相同或不同的,和/或具有相同或不同的离解温度。
20.根据权利要求17的聚(烷氧基胺酰胺)用于表示编码信息或数据储存的用途,其中不同的单体对应所述码或要储存的数据的预定义要素。
21.根据权利要求20的用途,其中所述码或要储存的数据的预定义要素是(0,1)类型的二进制码、多进制码、字母或文字数字类型的符号。
22.根据权利要求20的用途,其中一个或多个热不稳定的键使得在高于所述一个或多个键的离解温度的所述聚(烷氧基胺酰胺)的适度加热阶段期间可以破坏所述一个或多个键,并且因此至少可以以使得在当将所述聚(烷氧基胺酰胺)在低于最低离解温度下冷却时将其重新组织之后所述编码信息或储存的数据变得至少部分地不可理解和/或不可用的方式永久地改变所述编码信息或储存的数据的主体。
说明书
本发明涉及合成聚合物的领域,且更具体地涉及合成具有受控单体序列(controlled monomer sequence)的聚合物的领域,以及这样的聚合物的用途,尤其是用于将数据编码或加密的目的。
实际上,合成具有受控序列的聚合物的一个目的可以是以精确的次序排列两个以上单体从而在大分子链上生成分子码。理想地,这种码还可以利用易于使用的化学或物理方法消除。
Merrifield已经证实了,具有受控单体序列的单分散多肽可以在固体基材(底物或基底,substrate)上合成(参见Merrifield,J.Am.Chem.Soc.,85,2149,1963)。这种技术已经向下扩展至合成其他受控序列聚合物(例如,寡核苷酸、低聚酰胺、低聚酯或低聚氨基甲酸乙酯)。然而,这些合成经常是长时间且冗长的,因为它们依赖于用于保护和脱保护的化学,其使得有可能使反应性基团暂时失活。
已经证实,依次使用两种不同的化学选择性反应使得有可能在不采用用于保护和脱保护的化学的情况下在基材上合成受控序列聚合物(参见Lutz,J.Am.Chem.Soc.,131,9195,2009)。例如,通过这种方式,可以容易地合成单分散聚(三唑酰胺)。然而,在这种方法中使用的化学反应仍然相当缓慢,因为有时需要若干小时用于将单体单元附接至基材。一种更快速的方法,例如每个添加单体单元的阶段花费少于一小时的方法将是优选的。此外,经由这种方法获得的聚合物是相对化学地和热学地稳定的,并且因此在容许的实验条件下不能被降解(即在编码/解码方法的框架下被消除)。
在此上下文中,本发明的目的在于提出一种用于合成具有受控单体序列的单分散聚(烷氧基胺酰胺)的方法,其改进上述缺点中的至少一些。
本发明的目的还在于通过根据本发明的方法获得的或者可以获得的聚(烷氧基胺酰胺),以及根据本发明的方法用于合成意在表示编码信息或数据存储的聚合物的用途,其中不同单体对应于所述编码或要储存的数据的预定义要素,例如,(0,1)类型的二进制码、多进制码、字母或文字数字类型的符号等。
按照本发明,所讨论的聚合物利用两个非常快速的化学选择性的化学反应获得。这种合成方法使用两种不同类型的单体,并且以通过非限制性实例方式提供的简化总图在以下描述,:
第一反应例如制备接枝到合适的基材(此处用球形体象征性地示出)上的伯胺基和二卤代的对称酸酐,其在所选的条件下导致酰胺键的形成(反应1)。
第二反应制备稳定的氮氧类型自由基,其在合适的有机金属或金属催化剂存在下在此前获得的烷基卤化物上反应(反应2)。这种自由基偶联反应导致烷氧基胺键的形成。此反应用于低摩尔质量的烷氧基胺的合成(参见Matyjaszewski,Macromolecules,31,5955,1998)和用于不同大分子结构的合成(参见Hu,Polym.Chem.,4,2384,2013)。
相比之下,对于由具有受控单体序列的单分散聚合物支持的合成,此反应还没有进行研究。
利用以下涉及优选实施方案的描述,将更好地理解本发明,所述实施方案通过非限制性实例的方式提供,并且参照参考以上提及的图和以下的非限制性实施例进行解释。
因此,本发明的目的在于一种用于合成聚(烷氧基胺酰胺)类型的合成大分子或共聚物的方法,在所述合成大分子或共聚物中,单体类型和单体序列的长度被控制,其中单体链具有热不稳定的至少一个在单体之间的键,并且其中离解温度(分离温度或解离温度,dissociation temperature)全都大于30℃、优选大于50℃且更优选大于60℃,但总是小于150℃、优选总是小于130℃,所述方法的特征在于:它包括(主要包括或由以下组成,consist in)在可溶性或固体基材上,使处于式X-C(R,R’)-Y-COOH的单卤代羧酸形式的酸单体与具有游离末端氮氧化物>N-O
有利地,根据本发明的方法的特征在于,共聚物的合成是在配备有能够固定前述的第一胺或酸单体的化学反应性引物(primer)基团的可溶性或固体基材上开始的,接着在于基于滚动(on a rolling basis)将补充的胺和酸单体交替地接枝到所述第一单体上,直至获得所需的共聚物,其中所述基材优选是交联的Merrifield-类型聚苯乙烯或可溶性聚苯乙烯链。
按照本发明,可以使用固体基材或可溶性基材。该基材含有可以是伯胺(如上图中所示)、烷基卤化物、羧酸或氮氧化物的引物基团。
因此,根据本发明的方法的特征在于,固体基材具有作为引物基团的基团–NH2、-Br、-Cl、-COOH、或具有游离末端>N-O
接着,将单体一个接一个地附接至基材以形成单分散节段(segment)。根据在基材上所使用的引物的类型,首先进行反应1或反应2。随后,以连续的方式将这两个反应重复所需的次数,以形成所需的聚合物。在每个反应之间,将基材从反应介质中分离,以消除过量反应物(regent)和在液相中的可溶性反应产物。
在此方法中,可以使用不同类型的单体。
因此,根据本发明的方法的特征还在于,对于所使用的单卤代羧酸X-C(R,R’)-Y-COOH,X独立地为Br或Cl,
其中R独立地选自由以下各项形成的组:
H、CH3、具有2至6个碳原子的烷基,其任选地被取代或多取代;
其中R’独立地选自由以下各项形成的组:
H、CH3、具有2至6个碳原子的烷基,其任选地被取代或多取代;
并且Y独立地选自由以下各项形成的组:
(共价键)和–COO-Z-,其中Z是直链、支链或环状的具有1至15个碳原子的烃链,其任选地被取代或多取代,尤其是被选自由以下各项形成的列表中的基团取代或多取代:-OH、-NH2、-COOH、-CN、炔基(尤其是–C≡C-H)、烯基、-N3、-SO3,其中这些基团能够通过一个或多个合适的保护基保护。
特别地,这些单体的侧向取代基可以改变,以生成在所形成的聚合物链上的分子码。例如,可以以可互换的方式使用2-溴异丁酸的酸酐(1)和2-溴丙酸的酸酐(2),用于与例如自由基4-氨基2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(oxyl)(3)形成具有受控单体序列的聚合物。
所形成的聚合物含有共价酰胺和烷氧基胺键,并且因此被命名为聚(烷氧基胺酰胺)(4)。这些聚合物是单分散的且具有受控单体序列。此外,构成这些聚合物的烷氧基胺键是热不稳定的,并且因此可以在适度临界温度以上易于变得不稳定。
因此,根据本发明的方法的特征还在于,所使用的单卤代羧酸X-C(R,R’)-Y-COOH是从相应的式X-C(R,R’)-Y-CO-O-CO-Y-C(R,R’)-X的二卤代的对称酸酐(优选从2-溴异丁酸酐或2-溴丙酸酐)开始通过离解原位获得的。
根据优选的实施方案,根据本发明的方法的特征在于,所使用的催化剂是卤代金属盐,优选金属的氯化物或溴化物,所述金属选自由以下各项形成的组:Cu、Ag、Zn、Ni、Pd、Co、Rh、Fe、Ru、Mn、Pt和Au,当X=Br时优选为CuBr。
此外,根据本发明的方法的特征在于,所使用的胺单体选自由以下五种结构形成的组:
一个特别优选的实施方案的特征在于,仅使用 的情形,即其中Y是单一的共价键)和4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1氧基(4-氨基-TEMPO,自由基),以CuBr作为催化剂。
本发明还涉及通过根据本发明的方法获得的或能够获得的聚(烷氧基胺酰胺)。
这些聚(烷氧基胺酰胺)的特征还在于,它们包含通过多个热不稳定的键分隔开的单体的多个序列。
特别地,并且根据一个特别有利的实施方案,根据本发明的聚(烷氧基胺酰胺)的特征在于,热不稳定的键在性质上是化学相同或不同的,和/或具有相同或不同的离解温度。
最后,本发明的目的还在于根据本发明的聚(烷氧基胺酰胺)用于表示编码信息或用于储存数据的用途,其中不同的单体对应于所述码或待储存的数据的预定义要素,例如(0,1)类型的二进制码、多进制码、字母或文字数字类型的符号等。
有利地,一个或多个热不稳定的键使得在高于所述一个或多个键的离解温度的聚(烷氧基胺酰胺)的适度加热阶段期间可以破坏所述一个或多个键,并因此至少以以下方式永久地改变所述编码的信息或储存的数据的主体:使得当在最低离解温度以下将聚(烷氧基胺酰胺)冷却时将其重新组织起来之后,它/它们(所述编码的信息或储存的数据)变得至少部分地不可理解和/或不可用。
现在在以下提供的非限制性实施例中更详细地描述本发明。
实施
在本实施例中,使用0.3g(0.237mmol,1当量)的Wang-PS-类型商业树脂作为固体基材,该树脂通过被Fmoc-类型型保护基保护的甘氨酸官能化(0.79mmol/g的官能度)。将该树脂引入烧结柱(sintered column)中,使得可以进行固相合成。随后在搅拌的同时通过二氯甲烷使该树脂膨胀30分钟。随后,在哌啶和二氯甲烷的等体积混合物存在下通过两次十分钟的处理,裂解该树脂的Fmoc保护基。通过Kaiser-类型比色试验,确认树脂上的伯胺基的形成。接着,在环境温度下在机械搅拌的同时,将2-溴异丁酸酐(0.37g,5当量)和N,N-二异丙基乙胺(0.95ml)在4ml的无水二甲基甲酰胺中的溶液加入到所述柱中,并且带入树脂的存在达50分钟。在反应后,将改性的树脂过滤并用二甲基甲酰胺洗涤数次,随后通过Kaiser-类型比色试验进行表征,确认伯胺的定量消失。
在本实施例中,使用实施例1的条件,不同之处在于2-溴异丁酸酐被2-溴丙酸酐代替。
在本实施例中,使用甘氨酸-Wang-PS-类型树脂作为固体基材,该树脂通过烷基卤化物官能化(即通过遵循实施例1或实施例2的实验条件获得的改性树脂)。将该树脂置于烧结柱中,使得可以进行固相合成,随后带入在5ml的二甲亚砜中的4-氨基-TEMPO(0.12g,3当量)、0.044g的溴化铜(I)(1.3当量)和0.07ml的三(2-二甲基氨基乙基)胺(1.3当量)的混合物的存在中。用伞缘塞(skirt plug)将所述柱封闭,并且反应介质通过将氩气鼓泡通过其达若干分钟进行脱气。接下来,在惰性气氛下在环境温度将反应混合物搅拌15分钟。在反应后,将改性的树脂过滤并用二甲基甲酰胺洗涤若干次。将该树脂通过Kaiser-类型比色试验进行表征,确认其通过伯胺的官能化。
已经在甘氨酸-Wang-PS-类型商业树脂上合成了不同大小(尺寸,size)的单分散聚(烷氧基胺酰胺)。实验程序包括交替进行实施例1(或实施例2)和实施例3达一定的次数,以构建所需长度的大分子链。对于酰胺化阶段,可以可互换地使用实施例1和实施例2的实验条件。因此,可以在同一合成期间以预定的次序使用2-溴丙酸酐(实施例1)和2-溴异丁酸酐(实施例2),以生成二元类型的受控单体序列。当对于聚合物达到所需的大小时,后者可以通过将改性的树脂与三氟乙酸和二氯甲烷的等体积混合物反应2小时而从基材移除。随后通过在冷的二乙醚中沉淀将聚(烷氧基胺酰胺)分离。将所形成的聚合物通过质子的NMR和通过在四氢呋喃中的空间排阻色谱进行表征。在所有的情况下,质子的NMR确认聚(烷氧基胺酰胺)的形成。此外,空间排阻色谱的测量结果确认非线性分子自由基(isomolecularradical)的形成(根据试验,多分散性指数在1.00至1.05之间)。例如,对于在9个连续合成阶段之后获得的聚合物,通过空间排阻色谱法确定了,表观支数(apparent number)的平均摩尔质量为大约1270g·mol
在本实施例中,使用通过由原子转移控制的自由基聚合制备的线性聚苯乙烯链(Mn=4,000g·mol
在本实施例中,使用在链的端部处具有伯胺的线性聚苯乙烯链(即,通过遵循实施例5的实验条件获得的改性聚合物)作为可溶性基材。将1.75g的这种可溶性聚苯乙烯基材(1当量)、0.69g的2-溴异丁酸(5当量)和1.75ml的N,N-二异丙基乙胺引入到玻璃烧瓶中,并溶解在4ml的无水二氯甲烷中。随后将反应介质在环境温度搅拌50分钟。在反应后,将改性的聚苯乙烯通过在甲醇中沉淀进行纯化,洗涤,随后在真空下干燥。将所形成的聚合物通过质子的NMR和通过在四氢呋喃中的空间排阻色谱进行表征。这两种方法确认了2-溴异丁酸单元在聚苯乙烯链上的附接。
在具有末端溴原子的可溶性聚苯乙烯基材上合成不同大小的聚(烷氧基胺酰胺)。实验程序包括交替进行实施例5和实施例6达一定的次数,以构建所需长度的大分子链。在每个合成阶段后,通过质子的NMR和通过在四氢呋喃中的空间排阻色谱表征所形成的聚合物。这两种分析方法确认聚(烷氧基胺酰胺)的迭代形成(循环形成,iterativeformation)。
在本实施例中,将50mg的单分散聚(烷氧基胺酰胺)(M=1143g·mol
在本实施例中,将60mg的单分散聚(烷氧基胺酰胺)(M=1143g·mol
根据本发明的方法使得可以制备典型地具有多至100个单体单元、优选5至100个单元、更优选5至50个单体单元且甚至更优选5至25个单体单元的聚(烷氧基胺酰胺)。
当然,本发明不局限于所描述的实施方案。更改仍然是可以的,特别是从各种要素的组成的角度或通过等效技术的替换,从而不超出本发明的保护范围。
用于顺序地合成聚(烷氧基胺酰胺)的方法、获得的共聚物及其用途专利购买费用说明
Q:办理专利转让的流程及所需资料
A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。
1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2:按规定缴纳著录项目变更手续费。
3:同时提交相关证明文件原件。
4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q:专利转让变更,多久能出结果
A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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