[發(fā)明專利]用于聚合物的具有快速水解動(dòng)力學(xué)的動(dòng)態(tài)脲鍵

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780016296.8
• 申請(qǐng)日: 2017-03-07
• 公開（公告）號(hào): CN108779223A
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程建軍;蔡開明;應(yīng)漢澤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 伊利諾伊大學(xué)董事會(huì)
• 主分類號(hào): C08G18/32
• 分類號(hào): C08G18/32;C08G18/76;C08L75/02;A61L27/18
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所 31283
• 代理人: 薛琦

本發(fā)明涉及具有動(dòng)態(tài)脲鍵的聚合物，更具體地涉及含有具有快速水解動(dòng)力學(xué)的受阻脲鍵(HUB)的聚合物。這些脲鍵是芳基取代的，即芳族取代的受阻脲鍵，其表現(xiàn)出不依賴于pH的水解動(dòng)力學(xué)，使得其在pH為2至11的水中始終如一地快速水解。這些材料的脲鍵解離通常使得k_?1＞h^?1，比脂肪族受阻脲快兩個(gè)數(shù)量級(jí)。本發(fā)明還涉及結(jié)合有HUB的水解可逆或可降解的線性、支化或網(wǎng)狀聚合物，以及用于將HUB結(jié)合到這些聚合物中的前體。該技術(shù)可應(yīng)用于并整合到各種聚合物中，如聚脲、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、多胺和多糖，以制備線性、支化或交聯(lián)聚合物。結(jié)合有HUB的聚合物可用于多種用途，包括例如環(huán)境相容的包裝材料和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如藥物遞送體系和組織工程。在其他實(shí)施方案中，HUB可用于自修復(fù)聚合物中。

相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求申請(qǐng)日為2016年3月8日的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/304964的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用整體并入本文。

聯(lián)邦資助說明

本發(fā)明根據(jù)美國國家科學(xué)基金會(huì)頒發(fā)的CHE 15-08710在政府的支持下完成的。政府享有本發(fā)明的某些權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有動(dòng)態(tài)脲鍵的聚合物，更具體地涉及含有具有快速水解動(dòng)力學(xué)的受阻脲鍵(HUB)的聚合物。這些脲鍵是芳基取代的，即芳族取代的受阻脲鍵，其表現(xiàn)出不依賴于pH的水解動(dòng)力學(xué)，使得其在pH為2至11的水中始終如一地快速水解。這些材料的脲鍵解離通常使得k_-1＞h^-1，比脂肪族受阻脲快兩個(gè)數(shù)量級(jí)。本發(fā)明還涉及結(jié)合有HUB的水解可逆或可降解的線性、支化或網(wǎng)狀聚合物，以及用于將HUB結(jié)合到這些聚合物中的前體。該技術(shù)可應(yīng)用于并整合到各種聚合物中，如聚脲、聚氨酯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、多胺和多糖，以制備線性、支化或交聯(lián)聚合物。結(jié)合有HUB的聚合物可用于多種用途，包括例如環(huán)境相容的包裝材料和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如藥物遞送體系和組織工程。在其他實(shí)施方案中，HUB可用于自修復(fù)聚合物中。

背景技術(shù)

在材料和聚合物科學(xué)中需要開發(fā)具有所需使用性能特征的聚合物材料，特別是那些可以水解、降解或可逆解聚的聚合物材料。這些聚合物對(duì)于應(yīng)對(duì)諸如廢物和垃圾填埋問題等環(huán)境挑戰(zhàn)非常重要。此外，在醫(yī)學(xué)和制藥領(lǐng)域尤其需要這種材料，其中這種水解和降解特性在藥物遞送體系和臨時(shí)假體中是非常需要的。

與由不可逆的強(qiáng)共價(jià)鍵形成并具有穩(wěn)定的整體性質(zhì)的聚合物不同，通過可逆的非共價(jià)相互作用或共價(jià)鍵制備的聚合物表現(xiàn)出各種動(dòng)態(tài)性質(zhì)。可逆聚合物的動(dòng)態(tài)特征已被用于自修復(fù)、形狀記憶和環(huán)境適應(yīng)性材料的設(shè)計(jì)中。然而，非共價(jià)相互作用相對(duì)較弱，只有少數(shù)例外，如四重氫鍵、高價(jià)金屬螯合和主客體分子相互作用。相反，動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵通常具有更高的強(qiáng)度和更可控的可逆性。

酰胺鍵形成許多生物和商品聚合物的基本結(jié)構(gòu)，例如尼龍和多肽，因此，它是最重要的有機(jī)官能團(tuán)之一。已經(jīng)假設(shè)酰胺鍵由于氮原子上的孤電子對(duì)和羰基p-軌道上的π電子之間的共軛效應(yīng)而具有相對(duì)高的穩(wěn)定性。反轉(zhuǎn)酰胺鍵，即酰胺分解，通常需要極端條件，例如高堿性或酸性條件和/或高溫，或存在特殊試劑，例如催化劑和酶。

理論上引入大體積取代基會(huì)產(chǎn)生空間位阻，從而擾亂酰胺鍵的軌道共面性，這會(huì)降低共軛效應(yīng)，從而削弱羰基-胺相互作用。然而，酰胺分解的離解中間體可能是乙烯酮，如果形成該中間體，則其通常反應(yīng)過激而不能提供酰胺鍵的動(dòng)態(tài)可逆形成。為了使羰基-胺結(jié)構(gòu)可逆，要求離解的羰基結(jié)構(gòu)在環(huán)境條件下穩(wěn)定但仍然與胺高度反應(yīng)。滿足這些要求的一種此類官能團(tuán)是異氰酸酯基團(tuán)，其可用于形成脲鍵。異氰酸酯在環(huán)境條件下通常足夠穩(wěn)定，并且可以與胺快速反應(yīng)形成脲鍵，這種反應(yīng)廣泛用于聚脲和聚(氨酯-脲)的合成。因此，控制聚合物材料中這些脲鍵的可逆性和動(dòng)力學(xué)是非常有希望的。