荧光基团芘接枝的聚（甲基）丙烯酸二甲氨基乙酯的阳离子聚电解质的制备方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102295720 A (43)申请公布日 2011.12.28 CN 102295720 A *CN102295720A* (21)申请号 201110171497.X (22)申请日 2011.06.23 C08F 120/34(2006.01) C08F 8/44(2006.01) C09K 11/06(2006.01) G01N 21/64(2006.01) (71)申请人 北京科技大学 地址 100083 北京市海淀区学院路 30 号 (72)发明人 王国杰 董杰 王亚妮 (74)专利代理机构 北京东方汇众知识产权代理 事务所 ( 普通合伙 ) 11296 。

2、代理人 刘淑芬 (54) 发明名称 荧光基团芘接枝的聚 （甲基） 丙烯酸二甲氨基 乙酯的阳离子聚电解质的制备方法 (57) 摘要 本发明属于有机化学领域， 提供一种合成带 有正电的芘荧光聚电解质的方法。本方法主要 包括如下几个步骤 ：（1） 可聚合单体合成聚合物 的反应 ；（2） 合成小分子芘甲溴或芘甲氯的反应 ； （3） 芘甲溴或芘甲氯接枝在步骤 （1） 合成的聚合 物上的反应。本发明的优点在于将小分子芘甲溴 或芘甲氯接枝到聚 （甲基）丙烯酸二甲氨基乙酯 上， 形成一种季铵盐， 这种季铵盐不但具有聚 （甲 基） 丙烯酸二甲氨基乙酯的本身的性质， 如温度响 应性， pH 响应性和较好生物相容性。

3、， 还因为带有 荧光基团， 通过荧光的变化可以推测聚合物的状 态。 可以使这种聚电解质在生物、 化学等检测领域 得到很好的应用。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 CN 102295724 A1/1 页 2 1. 荧光基团芘接枝的聚 （甲基） 丙烯酸二甲氨基乙酯的阳离子聚电解质的制备方法， 所 述的方法步骤包括 ： （1） 可聚合单体合成聚合物的反应 ： 可聚合单体为丙烯酸二甲氨基乙酯或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯， 引发剂为 - 溴代异 丁酸乙酯， 可聚合单体和引发剂摩尔比为100比1， 在四氢呋喃。

4、中回流24小时， 反应结束后， 在正己烷中沉淀两次， 在真空烘箱中干燥 24 小时 ； （2） 合成小分子芘甲溴或芘甲氯的反应 ： 以芘甲醇和三溴化磷或三氯化磷为原料， 以氯仿为溶剂， 在冰水浴条件下反应 12 小 时， 反应结束后加入饱和碳酸氢钠溶液搅拌， 至溶液分层且下层溶液呈中性， 用分液漏斗分 离出下层有机相， 旋蒸， 重结晶， 得到比较纯净的芘甲溴或芘甲氯晶体粉末 ； （3） 芘甲溴或芘甲氯接枝在步骤 （1） 合成的聚合物上的反应 ： 本反应为季铵化反应， 按准备接枝比例的大于 0%、 小于 100% 芘甲溴或芘甲氯和 （1） 合 成的聚合物在四氢呋喃中回流温度下搅拌 24 小时， 。

5、即可完成反应， 反应结束后， 将产物在 正己烷中沉淀两次， 在真空烘箱中以55摄氏度干燥24小时， 得到所要合成的带有正电的芘 荧光聚电解质。 权 利 要 求 书 CN 102295720 A CN 102295724 A1/5 页 3 荧光基团芘接枝的聚 ( 甲基 ) 丙烯酸二甲氨基乙酯的阳离 子聚电解质的制备方法 技术领域 0001 本发明属于有机化学领域， 提供一种合成带有正电的芘荧光聚电解质的方法。 背景技术 0002 本研究所最终合成的产物属于一种水溶性的荧光聚合物。最近几年， 水溶性荧光 聚合物由于它们在化学和生物传感器方面的应用而得到了人们的高度重视。 主要的荧光聚 合物骨架还包。

6、括聚对苯乙炔， 聚噻吩， 聚苯乙炔， 聚芴等共轭聚合物。这些荧光聚合物的化 学结构使其在光化学和生物监测方面得到很好的应用。 能量转移可以沿着荧光聚合物上的 整条骨架进行， 相对于小分子来说， 可以得到放大的荧光信号。 追踪监测分析正是成功的应 用了这一放大机制。最近的研究中， 这种聚合物的三种信号转移机制在生物感应方面得到 了应用 ： 荧光共振能量转移或电子转移， 聚合物诱导被分析物聚集， 和聚合物诱导被分析物 构象改变。 0003 近几年， 生物监测技术被越来越广泛的得到认可和应用， 这是由于其在遗传分析， 临床诊断， 环境分析， 生化战争， 国土防护等方面的需求越来越大。监测的灵敏性是制。

7、约生 物传感器发展最重要的一个因素， 其最终目的是可以对生物流体中的基因和蛋白质进行追 踪监测， 本发明也有望在这些领域中得到应用。 0004 本发明中所用合成聚合物的单体为 ( 甲基 ) 丙烯酸二甲氨基乙酯， 其结构式如 下 ： 0005 0006 ( 甲基 ) 丙烯酸二甲氨基乙酯单体先合成聚 ( 甲基 ) 丙烯酸二甲氨基乙酯。聚 ( 甲基 ) 丙烯酸二甲氨基乙酯在水溶液中表现出明显的 pH/ 温度响应性， 故可考虑用作药 物传输载体及改性生物大分子的表面， 含聚 ( 甲基 ) 丙烯酸二甲氨基乙酯的中性阳离子共 聚物能与 DNA 形成很好的胶状聚集体， 这种特征将为基因疗法提供巨大的应用前景。

8、。同时， 聚 ( 甲基 ) 丙烯酸二甲氨基乙酯能在酸性和中性条件下通过季铵化形成阳离子聚电解质， 是一种季铵盐。季铵盐是一种易溶于水， 水溶液能导电， 和无机盐性质相似的一类化合物， 它是铵离子中的四个氢原子都被烃基取代而生成的化合物， 通式为R4NX， 其中R可以相同或 说 明 书 CN 102295720 A CN 102295724 A2/5 页 4 不同。X 多为卤素负离子， 如 F、 Cl、 Br、 I。 0007 本发明中是用芘作为一种信号传感器。芘是一种很好的荧光材料， 具有很高的荧 光量子效率， 对周围环境有很强的敏感性， 因而被广泛应用于生物、 化学监测等领域。芘的 单体荧光。

9、峰大概在 350nm-410 纳米， 而如果溶液中芘的浓度较高， 或是由于接枝芘的聚合 物构象发生变化， 使芘分子间距离较近， 两个芘分子就会缔合在一起， 形成一种激基缔合 物， 这种缔合物的荧光位置在 480 纳米左右， 而在 350-410 纳米不出现荧光峰， 通过观测聚 合物的荧光图谱， 就可以反映出聚合物的构象， 从而实现了对生物、 化学等监测。 发明内容 0008 本发明的目的在于提供一种合成带有正电的芘荧光聚电解质的方法。 0009 1、 荧光基团芘接枝的聚(甲基)丙烯酸二甲氨基乙酯的阳离子聚电解质的制备方 法， 所述的方法步骤包括 ： 0010 (1) 可聚合单体合成聚合物的反应。

10、 ： 0011 可聚合单体为丙烯酸二甲氨基乙酯或甲基丙烯酸二甲氨基乙酯， 引发剂为 - 溴 代异丁酸乙酯， 可聚合单体和引发剂摩尔比为 100 比 1， 在四氢呋喃中回流 24 小时， 反应结 束后， 在正己烷中沉淀两次， 在真空烘箱中干燥 24 小时。 0012 (2) 合成小分子芘甲溴或芘甲氯的反应 ： 0013 以芘甲醇和三溴化磷或三氯化磷为原料， 以氯仿为溶剂， 在冰水浴条件下反应 12 小时， 反应结束后加入饱和碳酸氢钠溶液搅拌， 至溶液分层且下层溶液呈中性， 用分液漏斗 分离出下层有机相， 旋蒸， 重结晶， 得到比较纯净的芘甲溴或芘甲氯晶体粉末。 0014 (3) 芘甲溴或芘甲氯接。

11、枝在步骤 (1) 合成的聚合物上的反应 ： 0015 本反应为季铵化反应， 按准备接枝比例的大于 0、 小于 100芘甲溴或芘甲氯和 (1) 合成的聚合物在四氢呋喃中回流温度下搅拌 24 小时， 即可完成反应， 反应结束后， 将产 物在正己烷中沉淀两次， 在真空烘箱中以55摄氏度干燥24小时， 得到所要合成的带有正电 的芘荧光聚电解质。 0016 本发明所使用的聚合物为聚 ( 甲基 ) 丙烯酸二甲氨基乙酯， 该材料兼具有温度和 pH 响应性， 并且有较好的生物相容性。 0017 本发明所使用的小分子为芘甲溴或芘甲氯， 聚合物上接枝的是芘甲溴或芘甲氯， 引入了芘荧光基团， 使合成的聚电解质带有荧。

12、光性。 0018 本发明的优点在于将小分子芘甲溴或芘甲氯接枝到聚(甲基)丙烯酸二甲氨基乙 酯上， 形成一种季铵盐， 带有正电荷， 为阳离子聚合物。这种季铵盐不但具有聚 ( 甲基 ) 丙 烯酸二甲氨基乙酯的本身的性质， 如温度响应性， pH 响应性和较好生物相容性， 还因为带有 荧光基团， 通过荧光的变化可以推测聚合物的状态。 可以使这种聚电解质在生物、 化学等检 测领域得到很好的应用。 附图说明 0019 图 1 为制得的聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的氢谱核磁图谱。 0020 图 2 为制得的聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的凝胶渗透色谱。 0021 图 3 为制得的芘甲溴的氢谱核磁图谱。 说 明 书 C。

13、N 102295720 A CN 102295724 A3/5 页 5 0022 图 4 为制得的芘甲溴的差示扫描量热图谱。 0023 图 5 为制得的最终产物， 所得到的季铵盐的氢谱核磁图谱。 0024 图 6 为制得的最终产物， 荧光随温度变化。 0025 图 7 为制得的最终产物， 荧光随 pH 变化。 图 8 为制得的最终产物， 荧光随温度变化。 具体实施方式 0026 实例 1 0027 由于购买的可聚合单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中含有阻聚剂， 不能直接使用， 故需要通过减压蒸馏出不含阻聚剂的可聚合单体。 将购买的可聚合单体甲基丙烯酸二甲氨 基乙酯 70 克加入 250 毫升圆底烧瓶。

14、中， 加入阻聚剂 4- 甲氧基酚 0.7 克 ( 防止在减压蒸馏 过程中单体在烧瓶中聚合成低聚体 )， 可聚合单体和阻聚剂摩尔比为 100 比 1， 于 740 毫米 汞柱下 119 摄氏度减压蒸馏， 收集到无阻聚剂的可聚合单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯单体 60 克。 0028 将可聚合单体合成聚合物使用的方法为原子转移自由基聚合 ： 所用催化剂为溴化 亚铜， 配位剂为1， 1， 4， 7， 10， 10-六甲基三烯乙基四胺， 引发剂为-溴代异丁酸乙酯， 溶剂 为四氢呋喃， 可聚合单体为甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。 0029 在 25 毫升希莱克瓶中加入溴化亚铜 42 毫克， 1， 1， 4， 7，。

15、 10， 10- 六甲基三烯乙基四 胺 7.2 微升， 甲基丙烯酸二甲氨基乙酯 4.5 毫升， 四氢呋喃 2 毫升， 通氮气 20 分钟， 将瓶密 封。用液氮冷冻 10 分钟， 至瓶中为固体， 用油泵抽真空 15 分钟， 然后用温水将瓶中固体融 化， 溶液中有大量气泡产生， 重复冻-抽-融十次， 直到将固体融化时瓶中不再有气泡产生。 将希拉克瓶放入76摄氏度油浴中稳定半小时， 用注射器向瓶中注射引发剂-溴代异丁酸乙 酯55微升， 反应10小时结束， 用液氮将瓶冷冻一下， 并加入大量二氯甲烷稀释以终止反应。 将 产物通过一中性氧化铝柱子除去铜盐， 将二氯甲烷旋蒸掉， 得到黄色粘稠的油滴， 在正己。

16、烷中 沉淀两次， 于真空烘箱中以 60 摄氏度干燥 24 小时。对产物做了氢谱核磁和凝胶渗透色谱。 0030 所用的季铵化小分子为芘甲溴或芘甲氯， 由三溴化磷或三氯化磷和芘甲醇合成， 其合成路线入下图所示 ： 0031 0032 购买原料芘甲醇， 三溴化磷， 三氯化磷。芘甲溴具体合成方法如下 ： 在一个 100 毫 升的圆底烧瓶中加入 35 毫升干燥的三氯甲烷， 放入冰水浴中冷却， 向烧瓶中加入 0.65 毫 摩尔的芘甲醇， 再加入 0.21 毫摩尔的三溴化磷， 在冰水浴中搅拌 12 小时。反应结束后加 入饱和碳酸氢钠溶液搅拌， 至溶液分层且下层溶液呈中性， 用分液漏斗分离出下层有机相， 旋蒸。

17、， 重结晶， 得到比较纯净的芘甲溴晶体粉末， 产率大约为 82， 所制得的芘甲溴熔点为 152 摄氏度。1H NMR(CDCl3， 300MHz) ： 5.25(2H， s)， 8.06-8.13(5H， m)， 8.20-8.26(3H， m)， 8.37-8.40(1H， d， J 9.2Hz)。芘甲氯合成方法与芘甲溴方法相同。 说 明 书 CN 102295720 A CN 102295724 A4/5 页 6 0033 将320毫克聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯加入到25毫升圆底烧瓶中， 加入溶剂四氢 呋喃 4 毫升， 加入芘甲溴 68 毫克， 以 76 摄氏度反应 24 小时， 将所得产 。

18、物在正己烷中沉淀 两次， 于真空烘箱中以 60 摄氏度干燥 24 小时， 最后得到产物 260 毫克。对所得产物做了元 素分析和核磁分析。元素分析中测得氮元素含量 6.94， 碳元素含量 61.43， 氢元素含量 8.44， 计算得出接枝率为 13.9。 0034 其合成路线入下图所示 0035 0036 所合成的产物具有温度响应性， 具体表现为随温度的升高， 芘单体位置的峰上升， 激基复合物位置的峰下降， 如图 6 所示。 0037 所合成的产物具有 pH 响应性， 具体表现为在强酸性条件下单体峰和激基复合物 峰都很强， 从弱酸到中性再到碱性， 单体峰呈现下降趋势。如图 7 所示。 0038。

19、 实例 2 0039 参照实例 1， 除去可聚合单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯中的阻聚剂， 用减压蒸馏的 方法得到纯净的可聚合单体甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。 0040 参照实例 1， 制作聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。 0041 合成芘甲氯， 原料为三氯化磷和芘甲醇。合成路线如下 ： 0042 0043 在一个 100 毫升的圆底烧瓶中加入 35 毫升干燥的三氯甲烷， 放入冰水浴中冷却， 向烧瓶中加入 0.65 毫摩尔的芘甲醇， 再加入 0.21 毫摩尔的三氯化磷， 在冰水浴中搅拌 1 小 时。 反应结束后加入饱和碳酸氢钠溶液搅拌， 至溶液分层且下层溶液呈中性， 用分液漏斗分 离出下层有机相， 旋蒸， 。

20、重结晶， 得到比较纯净的 芘甲氯晶体粉末。 0044 将320毫克聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯加入到25毫升圆底烧瓶中， 加入溶剂四氢 呋喃 4 毫升， 加入芘甲氯 57 毫克， 以 76 摄氏度反应 24 小时， 将所得产物在正己烷中沉淀两 次， 于真空烘箱中以 60 摄氏度干燥 24 小时， 最后得到产物 250 毫克。 0045 其合成路线入下图所示 0046 说 明 书 CN 102295720 A CN 102295724 A5/5 页 7 0047 所合成的产物具有温度响应性， 具体表现为随温度的升高， 芘单体位置的峰上升， 激基复合物位置的峰下降， 如图 8 所示。 说 明 书 CN 102295720 A CN 102295724 A1/4 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102295720 A CN 102295724 A2/4 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102295720 A CN 102295724 A3/4 页 10 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102295720 A CN 102295724 A4/4 页 11 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 102295720 A 。