本發明屬于生物醫用高分子材料領域，涉及一種側鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯及其制備方法。
背景技術：
目前，基因治療已成為一種極具前途的針對遺傳性疾病的治療策略。由于陽離子聚合物易于合成和改性，無免疫原性，能夠很方便地與DNA或siRNA形成緊密的超分子復合物，保護DNA或siRNA免受核酸酶的降解，并促進其進入細胞，因此成為非病毒基因載體中的一個重要類型。許多早期的非病毒基因遞送載體使用商品化的不可降解的陽離子聚合物如聚(L-賴氨酸)、聚乙烯亞胺(PEI)和聚酰胺-胺(PAMAM)樹狀大分子，雖然表現出相當良好的轉染效率，但因其不可降解造成了轉染后顯著的細胞毒性。因此，含有氨基側鏈的可降解聚合物成為可降解型基因轉染載體的研究重點。
脂肪族聚碳酸酯是一類重要的生物可降解/吸收高分子，具有良好的生物相容性和物理機械性能，而且種類很多，結構可調，可以滿足不同的需要。另外，聚碳酸酯降解后生成二氧化碳和中性的二元醇，可以避免在生物醫用材料領域中己被廣泛使用的聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)等在降解過程中產生的羧酸類物質所引起的不良效應。
近年來，關于含有功能化側基如氨基(參見中國發明專利申請CN200710193597.6)的脂肪族聚碳酸酯的合成及其應用的許多研究被廣泛報道。通常，該類含有功能化側基的聚合物的制備方法是先將上述功能化基團保護起來，合成帶有保護基的功能化單體，再進行開環聚合，得到帶保護基的聚合物，脫除保護基后，得到含有功能化側基的聚碳酸酯。由于側基上保護基團的存在，導致合成產率低，而且環狀單體聚合活性低，甚至使聚合反應不能進行；另外，后續的聚合物脫保護基反應也不易脫除徹底，經常造成保護基的殘留，進而影響聚合物的應用。
技術實現要素：
針對現有技術中含有功能化側基的聚碳酸酯的制備方法存在的合成產率低、單體聚合活性低、脫保護基不徹底等問題，本發明旨在提供一種側鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯及其制備方法。該制備方法以取代基中含有雙鍵的六元環狀碳酸酯單體(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯，簡稱為AEDO)為起始原料，經開環聚合，得到側鏈含有雙鍵的聚碳酸酯(聚(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯)，簡稱為PAEDO)，然后通過雙鍵和2-氨基乙硫醇之間的Click反應向側鏈中引入氨基，得到側鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯，實現脂肪族聚碳酸酯的功能化。
具體而言，本發明采用如下技術方案：
一方面，本發明提供了一種如式I所示的側鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯。
在一項優選的技術方案中，上述側鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯的數均分子量為800～40000。
另一方面，本發明提供了上述如式I所示的側鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯的制備方法，其包括下列步驟：
1)環狀碳酸酯經開環聚合反應制備側鏈含有雙鍵的聚碳酸酯：
2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯經開環聚合反應制得聚(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯)(數均分子量為600～30000)；
2)側鏈含有雙鍵的聚碳酸酯和巰基化合物的Click反應：
步驟1)中得到的聚(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯)和2-氨基乙硫醇經Click反應制得如式I所示的側鏈含有氨基的脂肪族聚碳酸酯。
在上述制備方法中，步驟1)中所述開環聚合以本體聚合或溶液聚合的方式進行。
當以本體聚合的方式進行時，步驟1)中所述開環聚合于120～150℃反應20～30小時。
當以本體聚合的方式進行時，步驟1)中所述開環聚合在真空或氮氣保護條件下進行。
當以本體聚合的方式進行時，步驟1)中所述開環聚合在催化劑存在的條件下進行；所述催化劑選自三異丙醇鋁、三異丁醇鋁、辛酸亞錫、二甲氧基二丁基錫中的任意一種。
當以本體聚合的方式進行時，步驟1)中所述開環反應所使用的催化劑和2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯之間的摩爾比為1:10～200。
當以溶液聚合的方式進行時，步驟1)中所述開環聚合于室溫反應10～20小時。
當以溶液聚合的方式進行時，步驟1)中所述開環聚合在氮氣保護條件下進行。
當以溶液聚合的方式進行時，步驟1)中所述開環聚合在無水有機溶劑中進行；所述有機溶劑選自苯、甲苯、二甲苯、四氫呋喃、二氧六環、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的任意一種。
當以溶液聚合的方式進行時，步驟1)中所述開環聚合在引發劑和催化劑存在的條件下進行；所述引發劑為苯甲醇；所述催化劑選自三甲基鋁、三乙基鋁、三異丁基鋁、二乙基鋅、1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)、1,5,7-三氮雜雙環[4.4.0]癸-5-烯(TBD)、鷹爪豆堿中的任意一種。
當以溶液聚合的方式進行時，步驟1)中所述開環聚合所使用的引發劑、催化劑和2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯之間的摩爾比為1:1:10～200。
在上述制備方法中，步驟2)中所述Click反應于35～50℃反應24～48小時。
在上述制備方法中，步驟2)中所述Click反應在有機溶劑中進行；所述有機溶劑選自二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、四氫呋喃、二氧六環、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的任意一種。
在上述制備方法中，步驟2)中所述Click反應在催化劑存在的條件下進行；所述催化劑為偶氮二異丁腈(AIBN)、偶氮二異庚腈(ABVN)。
在上述制備方法中，步驟2)中所述Click反應所使用的催化劑、聚(2-乙基-2-烯丙氧甲基-1,3-丙二醇碳酸酯)(以雙鍵摩爾數計)和2-氨基乙硫醇之間的摩爾比為0.1～0.2:1:4～8。
與現有技術相比，采用上述技術方案的本發明具有下列優點：
(1)單體不帶保護基團，結構相對簡單，而且雙鍵對開環聚合的穩定性較好；
(2)雙鍵的Click反應，條件溫和，無副反應，可實現定量轉化。
具體實施方式
下文將結合具體的實施例對本發明的技術方案做出進一步的闡述。除非另有說明，下列實施例中所使用的儀器、材料和試劑等均可通過常規商業手段獲得。
實施例1：AEDO的本體開環聚合。
在氮氣保護條件下，將10g AEDO單體(0.05mol)加入到聚合瓶中，再加入0.051g三異丙醇鋁(0.25mmol)作為引發劑，在120℃下聚合20小時。聚合結束后，將聚合產物用50mL氯仿溶解，加入500mL甲醇沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，得到8.7g PAEDO，產率87％。
經GPC法(洗脫劑為四氫呋喃)測量，數均分子量(Mn)為30752，多分散指數(PDI)為1.41。
1H-NMR(CDCl3,300MHz):δ0.88(t,CH3CH2,3H),1.48(q,CH3CH2,2H),3.33(s,CH2O,2H),3.93(d,CH2CH＝CH2,2H),4.11(s,CH2OCO,4H),5.21(m,CH＝CH2,2H),5.85(m,CH＝CH2,1H)。
實施例2：AEDO的本體開環聚合。
在氮氣保護條件下，將10gAEDO單體(0.05mol)加入到聚合瓶中，再加入2.0g辛酸亞錫(5mmol)作為引發劑，在150℃下聚合30小時。聚合結束后，將聚合產物用50mL氯仿溶解，加入500mL甲醇沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，得到8.5gPAEDO，產率85％。
經GPC法(洗脫劑為四氫呋喃)測量，數均分子量(Mn)為637，多分散指數(PDI)為1.47。
1H-NMR譜圖與實施例1基本相同。
實施例3：AEDO的溶液開環聚合。
在氮氣保護條件下，將2gAEDO單體(0.05mol)和0.027g苯甲醇(0.25mmol)溶于5mL甲苯中，再加入0.25mL濃度為1mol/L的DBU甲苯溶液，然后將反應體系在室溫(25℃)下聚合20小時。聚合結束后，將聚合產物用10mL氯仿溶解，加入200mL甲醇沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，得到1.9g PAEDO，產率95％。
經GPC法(洗脫劑為四氫呋喃)測量，數均分子量為31077，多分散指數為1.18。
1H-NMR譜圖與實施例1基本相同。
實施例4：AEDO的溶液開環聚合。
在氮氣保護條件下，將2gAEDO單體(0.05mol)和0.54g苯甲醇(5mmol)溶于5mL四氫呋喃中，再加入5mL濃度為1mol/L的二乙基鋅四氫呋喃溶液，然后將反應體系在室溫(25℃)下聚合12小時。聚合結束后，將聚合產物用10mL氯仿溶解，加入200mL甲醇沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，得到1.8g PAEDO，產率90％。
經GPC法(洗脫劑為四氫呋喃)測量，數均分子量為628，多分散指數為1.34。
1H-NMR譜圖與實施例1基本相同。
實施例5：AEDO的溶液開環聚合。
在氮氣保護條件下，將2g AEDO單體(0.05mol)和0.054g苯甲醇(0.5mmol)溶于5mL乙酸乙酯中，再加入0.5mL濃度為1mol/L的三乙基鋁的乙酸乙酯溶液，然后將反應體系在室溫(25℃)下聚合10小時。聚合結束后，將聚合產物用10mL氯仿溶解，加入200mL甲醇沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，得到1.7g PAEDO，產率85％。
經GPC法(洗脫劑為四氫呋喃)測量，數均分子量為8765，多分散指數為1.35。
1H-NMR譜圖與實施例1基本相同。
實施例6：實施例1中制得的PAEDO的Click反應。
在氮氣保護條件下，將2g PAEDO(數均分子量為30752)(以雙鍵計的摩爾數為0.01mol)與作為催化劑的0.32g偶氮二異丁腈(AIBN)(2mmol)溶于40mL氯仿中，在室溫下滴加40mL溶有6.16g 2-氨基乙硫醇(0.08mol)的氯仿溶液。滴加完畢后，將反應體系升溫至50℃，進一步反應48小時。反應結束后，將反應液濃縮，過濾。將濾液在乙醚中沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR譜圖測得雙鍵轉化率為100％(根據譜圖中雙鍵吸收峰與乙基吸收峰的比例確定)。
1H-NMR(CDCl3,300MHz):δ0.89(t,CH3CH2,3H),1.49(q,CH3CH2,2H),1.83(m,OCH2CH2CH2S,2H),2.42(t,OCH2CH2CH2S,2H),2.7(t,SCH2CH2NH2,2H),3.02(m,SCH2CH2NH2,2H),3.33(s,CH2O,2H),3.45(t,OCH2CH2CH2S,2H),4.11(s,CH2OCO,4H)。
實施例7：實施例2中制得的PAEDO的Click反應。
在氮氣保護條件下，將2g PAEDO(數均分子量為637)(以雙鍵計的摩爾數為0.01mol)與作為催化劑的0.16g偶氮二異丁腈(AIBN)(1mmol)溶于40mL甲苯中，在室溫下滴加40mL溶有3.08g 2-氨基乙硫醇(0.04mol)的甲苯溶液。滴加完畢后，將反應體系升溫至50℃，進一步反應24小時。反應結束后，將反應液濃縮，過濾。將濾液在乙醚中沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR譜圖測得雙鍵轉化率為100％(根據譜圖中雙鍵吸收峰與乙基吸收峰的比例確定)。
1H-NMR譜圖與實施例6基本相同。
實施例8：實施例3中制得的PAEDO的Click反應。
在氮氣保護條件下，將2g PAEDO(數均分子量為31077)(以雙鍵計的摩爾數為0.01mol)與作為催化劑的0.496g偶氮二異庚腈(ABVN)(2mmol)溶于40mL二氧六環中，在室溫下滴加40mL溶有6.16g 2-氨基乙硫醇(0.08mol)的二氧六環溶液。滴加完畢后，將反應體系升溫至35℃，進一步反應48小時。反應結束后，將反應液濃縮，過濾。將濾液在乙醚中沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR譜圖測得雙鍵轉化率為100％(根據譜圖中雙鍵吸收峰與乙基吸收峰的比例確定)。
1H-NMR譜圖與實施例6基本相同。
實施例9：實施例5中制得的PAEDO的Click反應。
在氮氣保護條件下，將2g PAEDO(數均分子量8765)(以雙鍵計的摩爾數為0.01mol)與作為催化劑的0.496g偶氮二異庚腈(ABVN)(2mmol)溶于40mL乙酸乙酯中，在室溫下滴加40mL溶有0.462g 2-氨基乙硫醇(0.06mol)的乙酸乙酯溶液。滴加完畢后，將反應體系升溫至40℃，進一步反應32小時。反應結束后，將反應液濃縮，過濾。將濾液在乙醚中沉淀，過濾，洗滌，在35℃下真空干燥至恒重，1H-NMR譜圖測得雙鍵轉化率為100％(根據譜圖中雙鍵吸收峰與乙基吸收峰的比例確定)。
1H-NMR譜圖與實施例6基本相同。
上述實施例僅用于解釋和說明本發明的具體實施方案，而并不旨在限制本發明的保護范圍。應當理解的是，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明所披露的技術范圍之內做出的修改或替換都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。