本申请为分案申请，原申请号为：201210032710.3，申请日：2012年2月14 日，发明名称：聚乙二醇磷（膦）酸二氢酯及其制备方法。
技术领域
本发明属于改性聚乙二醇及其制备技术领域，具体涉及一种含磷酸二氢根或膦酸 二氢根的聚乙二醇磷（膦）酸二氢酯及其制备方法。
背景技术
聚乙二醇作为一类亲水性聚合物，不仅因其具有良好的生物相容性在医用材料领 域有广泛的应用，且聚乙二醇和聚丙交酯、聚丙二醇、聚己内酯等的嵌段聚合物在药 物缓释领域也得到了广泛的应用（傅经国、王九成等。世界最新医学信息文摘，2003, 2(5):821-824）。而将聚乙二醇接枝在聚合物表面，还可大大提高聚合物的血液相容 性（胡小洋、陈红等。高分子材料科学与工程，2007,23(6):127-131）。如将聚乙二 醇接枝在多肽或蛋白质上可以屏蔽其表面的抗原决定簇，从而克服蛋白或多肽的免疫 原性，但同时又保留其生物活性。另外，将聚乙二醇接枝在不溶性药物上，可以提高 药物的水溶性，从而更易被吸收（FrancescoMV.Biomaterials,2001,22:405-417）。
虽然聚乙二醇一般是带端羟基，但为了不同的改性目的，现已有端羧基、端氨基、 端异氰酸酯基或端环氧基聚乙二醇的商品化产品，并在蛋白改性等方面得到了广泛的 应用。如含羧基和氨基的聚乙二醇可以很方便的接枝到蛋白质分子链上。但在骨修复 材料领域中，由于羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]这类含钙矿物质为人体骨的无机成 分，而羟基磷灰石常常以粉体的形式和高分子材料形成复合材料作为骨修复材料使 用，因此，羟基磷灰石粉体在聚合物中的分散以及两相之间的相互作用如何是制备高 性能复合材料的关键因素。而目前还没有能以其分子链的一端含有的磷（膦）酸二氢 根基团和羟基磷灰石的钙结合，另一端能够以长链与高分子发生相互作用的聚乙二醇 磷（膦）酸二氢酯来作为羟基磷灰石的改性剂，以提高羟基磷灰石粉体在聚合物中的 分散以及两相的相互作用。因此，有必要开发聚乙二醇磷（膦）酸二氢酯聚合物，为 含钙的矿物提供新的表面改性剂。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种新的聚乙二醇衍生物——聚 乙二醇磷（膦）酸二氢酯。
本发明另一目的是提供一种上述聚乙二醇磷（膦）酸二氢酯的制备方法。
本发明提供的聚乙二醇磷（膦）酸二氢酯，其结构通式为：
或者
其中R1为CH3CH2O–、HO–、H2N–或HOOC–中的任一种；R2为–CH2CH2–或 –CH2CH2O–；n为2～200的正整数，优选3～50的正整数。
当结构通式为（Ⅱ）且R2为–CH2CH2–时，所得的聚乙二醇的端基为膦酸二氢 根，称为聚乙二醇膦酸二氢酯；其余情况下所得的聚乙二醇的端基为磷酸二氢根，称 为聚乙二醇磷酸二氢酯。
本发明提供的上述聚乙二醇磷（膦）酸二氢酯的制备方法，其特征在于该方法的 工艺步骤和条件如下：
1）先将2～20摩尔份的磷酰化试剂溶解在第一溶剂中，然后在冰浴和搅拌条件下 加入1摩尔份的单端羟基聚乙二醇，并使单端羟基聚乙二醇的用量为第一溶剂重量的 9～40%，真空条件下反应3～48小时，用石油醚析出、洗涤，即得聚乙二醇磷酰化中 间体；
2）向上述聚乙二醇磷酰化中间体中加入5～30摩尔份的水，在25～70℃反应0.5～5 小时，减压蒸干，乙醚洗涤后，用氯仿洗涤或硅胶层析柱分离，即得结构通式为（Ⅰ） 的聚乙二醇磷酸二氢酯。
但当该方法的工艺步骤和条件如下时：
1）先将1摩尔份双端羧基聚乙二醇溶于第二溶剂中，并使双端羧基聚乙二醇的 用量为第二溶剂重量的10～30%，然后依次加入1.05～1.20摩尔份的N-羟基丁二酰亚 胺和1.05～1.20摩尔份的二环己基碳二亚胺，于室温下反应12～24小时，滤出沉淀二 环己基脲，得A液；
2）将0.2～0.5摩尔份的氨乙基磷酸或氨乙基膦酸溶于水中，水与第1）步中第二 溶剂溶剂的质量比为0.5：1～1：1，然后加入以氨乙基磷（膦）酸摩尔份计2倍的 NaHCO3，得B液；
3）将B液加入A液中室温反应8～12小时，然后减压蒸干，用氯仿洗涤，所得 产物再溶于水后，调pH值为2～3.5，再次减压蒸干，用氯仿溶解，滤去钠盐，减压 干燥，即得结构通式为（Ⅱ）的聚乙二醇磷（膦）酸二氢酯。
上述方法中所用的单端羟基聚乙二醇为聚乙二醇单乙醚、聚乙二醇单乙酸酯、单 胺基聚乙二醇或单羧基聚乙二醇中的任一种。其数均分子量为149～8900。所用的双 端羧基聚乙二醇的数均分子量为222～8900。
上述方法中所用的磷酰化试剂为三氯氧磷、聚磷酸、焦磷酸或五氧化二磷中的任 一种，且当磷酰化试剂为聚磷酸时，反应条件为常温常压，并可不使用溶剂，其余工 艺条件相同。
上述方法中所用的第一溶剂为氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃或二氧六环的任一种； 所用的第二溶剂为四氢呋喃、二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺中的任一种。
本发明具有以下积极效果：
1、由于本发明提供的聚乙二醇衍生物的分子链一端含有的磷（膦）酸二氢根基 团，能够和羟基磷灰石中的钙结合，另一端能够以聚乙二醇长链与高分子聚合物发生 相互作用，因而不仅可作为羟基磷灰石的改性剂，用以提高羟基磷灰石粉体在聚合物 中的分散以及两相的相互作用，且还可用于调控含钙矿物的晶体生长，或对含钙矿物 质进行表面改性，大大拓展了聚乙二醇的应用领域。
2、本发明提供的制备聚乙二醇磷（膦）酸二氢酯的方法简单、成熟，反应温度 低，节能，易于推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例7制备的单胺基聚乙二醇磷酸二氢酯（P-amino-PEG）的红 外谱图；
图2为本发明实施例7制备的单胺基聚乙二醇磷酸二氢酯（P-amino-PEG）的质 谱图；
图3为本发明实施例16制备的双端羧基聚乙二醇和氨乙基磷酸合成的聚乙二醇 磷酸二氢酯（ADP-PEG-COOH）的红外谱图；
图4为本发明实施例16制备的双端羧基聚乙二醇和氨乙基磷酸合成的聚乙二醇 磷酸二氢酯（ADP-PEG-COOH）的质谱图。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明进行具体描述，但值得指出的是以下实施例只用于 对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练 人员根据上述本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的 保护范围。
实施例1～15
这部分实施例制备的是结构通式为（Ⅰ）的聚乙二醇磷酸二氢酯。其中各实施例 所用配方组份详见表1。整个反应过程分为两个阶段，第一阶段为单端羟基聚乙二醇 （PEG）同磷酰化试剂反应生成聚乙二醇磷酰化中间体，第二阶段为聚乙二醇磷酰化 中间体在H2O存在下的水解反应。当磷酰化试剂为三氯氧磷、焦磷酸或五氧化二磷中 的任一种时，其合成工艺如下：按表1配方取磷酰化试剂溶于第一溶剂中，然后在冰 浴和搅拌下将PEG慢慢加入，并使PEG的用量为第一溶剂重量的9～40%，在真空条件 下反应，用石油醚析出产物，并用石油醚洗涤3次，得聚乙二醇磷酰化中间体；向所 得聚乙二醇磷酰化中间体加入一定量的H2O，在给定温度下反应一定的时间。当磷酰 化试剂为聚磷酸时，反应条件为常温常压，可以使用第一溶剂（如实施例11和14）， 也可以不使用第一溶剂（如实施例2和7），其余工艺参数见表1。
水解反应完成后，最终产物经减压蒸干、乙醚洗涤后的提纯分为以下几种情况： 当所得产物中含端胺基时，如实施例2、7、8、9，产物用硅胶层析柱分离，淋洗液 为氯仿：乙酸=1:1；当所得产物中不含端胺基，且分子量较低（即n≤6）时，如实施 例1、10、12、13，产物用氯仿洗涤并减压干燥；当所得产物中不含端胺基，且分子 量较高（即n≥7）时,如实施例3～6、11、14、15，产物用硅胶层析柱分离，淋洗液 为氯仿：甲醇=1:1。
以实施例7所得的产物为例，采用了红外光谱、电喷雾质谱进行检测以证实其结 构，所得谱图见图1、2。由于该产物为单胺基聚乙二醇磷酸二氢酯，结构为：
加之分子链的端胺基为碱性，因而会和另一端的磷酸根形成内盐，故其图1的红外谱 图中3800～2000cm–1的宽峰为铵离子(H3N+—)的特征峰；3412cm–1为磷酸根的羟基振 动峰；2918cm–1为聚乙二醇链的C–H振动峰；1515cm–1为C–N振动峰；1088cm–1为聚 乙二醇链的C–O振动峰；1054cm–1和984cm–1为磷酸根的P–O振动峰。这些特征振动 峰与该分子结构是相符的。根据其分子结构，该产物的分子量应为M=141+44n（n为 重复单元数），而图2的质谱图上质荷比为250～500的这一组谱线的质荷比符合M+H+的规律，例如谱线318.39代表了n=4的分子吸附一个H+的分子量(318=141+44×4+1， 计算时忽略原子量的小数部分)；质荷比为550～800的这一组谱线的质荷比符合 2M+H+的规律，例如谱线635.19代表了总重复单元N=8的两个分子缔合后吸附一个 H+的分子量[635=(141+44×n1)+(141+44×n2)+1，其中n1和n2为正整数，且n1+n2=8； 计算时忽略原子量的小数部分]。质谱数据也和分子结构相符。该产物的平均n=6，其 质荷比的谱线在n=6时丰度最高，基本成对称分布，符合一般聚合物分子量的分布规 律。
实施例16～27
这部分实施例制备的是结构通式为（Ⅱ）的聚乙二醇磷（膦）酸二氢酯。其中各 实施例所用配方组份详见表2。合成工艺如下：按表2配方取双端羧基聚乙二醇溶于 第二溶剂，并使双端羧基聚乙二醇的用量为第二溶剂重量的10～30%，然后依次加入 以双端羧基聚乙二醇摩尔量计为1.05～1.20倍的N-羟基丁二酰亚胺（NHS）和二环己 基碳二亚胺（DCC），室温下反应12～24小时，滤出沉淀二环己基脲（DCU），得A液； 再将0.2～0.5摩尔份的氨乙基磷酸或氨乙基膦酸溶于蒸馏水中，并使蒸馏水与第二溶 剂溶剂的质量比为0.5：1～1：1，然后加入以氨乙基磷酸（或氨乙基膦酸）的摩尔量 计2倍的NaHCO3，搅拌溶解得B液；将B液加入A液中室温反应8～12小时，然后减 压蒸干，氯仿洗涤，去除未反应的双端羧基聚乙二醇，所得产物再溶于水，用盐酸或 硫酸调pH值为2～3.5，再次减压蒸干，用氯仿溶解，滤去钠盐，减压干燥，即得结构 通式为（Ⅱ）的聚乙二醇磷（膦）酸二氢酯。
以实施例16所得的产物为例，采用了红外光谱和电喷雾质谱检测以证实其结构， 所得谱图见图3、4。由于该产物结构为：
因而图3的红外谱图中3800～2500cm–1的宽峰为端羧基的-OH振动峰；3345cm–1为磷 酸根的羟基和酰胺的-NH振动峰；2876cm–1为聚乙二醇链的C–H振动峰；1717cm–1为 羧基的-C=O振动吸收峰；1671cm–1为酰胺的-C=O振动吸收峰；1545cm–1为酰胺C–N cm–1振动峰；1110cm–1为聚乙二醇链的C–O振动峰；993cm–1为磷酸根的P–O振动峰。 测得的这些特征振动峰与分子结构是相符的。另外根据其分子结构，该产物的分子量 应为M=257+44n（n为重复单元数）。质谱图（图4）上的谱线的质荷比符合M+Na+的 规律，例如谱线808.49代表了n=12的分子吸附一个Na+的分子量(808=257+44× 12+23，计算时忽略原子量的小数部分)。质谱数据也和分子结构相符。该产物的平均 n=12，其质荷比的谱线在n=12时丰度最高，基本成对称分布，符合一般聚合物分子 量的分布规律。
表2
注：1）NHS为N-羟基丁二酰亚胺；DCC为二环己基碳二亚胺；DMF为N,N-二甲基甲 酰胺。
2）NHS和DCC为等摩尔，二者和双端羧基聚乙二醇的比例为：实施例16～19为1.05:1； 实施例20～23为1.1:1；实施例24～27为1.2:1。
3）双端羧基聚乙二醇的含量指其占第二溶剂重量的百分数
4）n为原料双端羧基聚乙二醇或产物的重复结构单元数。5）磷酸、膦酸分别指氨乙基磷酸或 氨乙基膦酸。