CC BY
8ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, Серия А, 2003, том 45, № 4, с. 550-561
СИНТЕЗ И ХИМИЧЕСКИЕ - ПРЕВРАЩЕНИЯ МАКРОМОЛЕКУЛ
УДК 541.64:542.952:547.46
ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ АКРИЛОВЫХ МОНОМЕРОВ С ДЕИДРОНАМИ, ПОСТРОЕННЫМИ НА ОСНОВЕ ЗВЕНЬЕВ ДИКАРБОНОВЫХ а-АМИНОКИСЛОТ1
© 2003 г. Н. В. Гирбасова, И. И. Мигунова, И. Р. Распопова,
А. Ю. Билибин
Санкт-Петербургский государственный университет. Химический факультет 198504 Санкт-Петербург, Университетский пр., 26
Поступила в редакцию 26.08.2002 г.
Принята в печать 03.11.2002 г.
Синтезирован ряд акриловых мономеров с дендронами на основе аспарагиновой и глутаминовой кислот различных генераций. Изучена радикальная полимеризация полученных мономеров с использованием вещественного и радиационно-химического инициирования. Показано, что мономеры с дендронами первой и второй генерации полимеризуются с образованием продуктов с высокими степенями полимеризации; с ростом номера генерации дендрона степени полимеризации продуктов резко снижаются. Мономер с дендроном третьей генерации лишь в условиях радиационной полимеризации образует олигомер. Осуществлен гидролиз концевых метоксикарбонильных групп дендритных полимеров и установлено наличие полиэлектролитного эффекта в растворах полученных продуктов.
Большая часть работ в области химии дендри-меров посвящена синтезу и изучению свойств этих соединений с молекулами сферической формы. Дендритные оболочки в данном случае построены вокруг небольших молекул-сердечников аммиака, замещенных бензолов, порфирина и др. [1-6]. Значительно меньше исследований связано с созданием дендритных макромолекул, в которых дендроны присоединены к полимерной цепи [7]. Синтез таких дендритных полимеров можно реализовать как за счет полимеризации мономеров, несущих дендроны [8-13], так и путем химических превращений макромолекул. В последнем случае
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 00-03-33199).
E-mail: girbasova@mailru.com (Гирбасова Нина Владимировна).
можно использовать конвергентный [14, 15] или дивергентный [16-19] способы.
При радикальной полимеризации дендритных мономеров степень полимеризации закономерно снижается с ростом номера генерации дендронов. Часто полимеризация мономеров с дендронами уже вторых-третьих генераций протекает с образованием олигомеров с невысокими степенями полимеризации [9,12,20,21]. Лучше полимеризуются мономеры, в которых разветвленная часть отделена от полимеризующейся группы каким-либо ароматическим фрагментом [22-24]. Для уменьшения стерических препятствий используют и такие приемы, как разделение дендрона и полимеризующейся группы гибким спейсером [25], разнесение дендронов вдоль полимерной цепи путем сополи-
конденсации [13] или сополимеризации с сомономе-рами, не несущими дендронов [25-27].
Как было показано, увеличению степени полимеризации способствует проведение процесса в концентрированных растворах (предельный случай - полимеризация в массе) [10, 13, 22, 24] и самоорганизация мономеров [13, 28]. Уникальной в этой области является работа Регсес с сотрудниками [29]. Полимеризацией стирольных и акриловых мономеров с самоупорядочивающимися дендритными фрагментами, протекающей с очень высокой скоростью, авторам удалось получить полимеры, самоорганизацию молекул которых можно наблюдать в электронном микроскопе.
Больших успехов удалось достичь БсЬШег с сотрудниками: двумя путями (полимеризацией и по-лимераналогичными превращениями) они успешно получали дендримеры на основе жесткоцепных па-ра-фениленов [14,27, 30]. Кроме того, полимеризацией стирольных мономеров, несущих дендроны первой-третьей генерации, а также сочетанием полимеризации с постепенным наращиванием дендронов на полистирольную цепь получили дендритные макромолекулы с высокой степенью полимеризации [8, 15, 19, 22]. Однако при переходе к акриловым и метакриловым аналогам при полимеризации мономеров с дендронами второй генерации степень полимеризации заметно уменьшается [21,23,31].
Значительный интерес представляет изучение конформаций дендритных макромолекул [17, 29, (Ы, 33], в частности, имеющих концевые ионоген-ные группы дендронов [32, 34]; однако таких исследований чрезвычайно мало.
Настоящая работа посвящена синтезу акриловых полимеров, несущих в каждом повторяющемся звене дендроны, состоящие из остатков ас-парагиновой и глутаминовой кислот с концевыми сложноэфирными группами. При этом дендроны своей фокальной точкой соединены непосредственно с карбоксильной группой полимерной цепи.
Цель работы - синтез полимеров с большим количеством карбоксильных ионогенных групп на периферии макромолекулы, которые можно получить гидролизом концевых сложноэфирных связей. Можно ожидать, что высокая плотность
ионогенных групп, расположенных по периферии таких макромолекул, приведет к их "ожест-чению" за счет электростатического отталкивания [32].
Ранее в работах Ritter по синтезу дендритных акриловых полимеров и сополимеров была использована аспарагиновая кислота. Однако либо эфиры аспарагиновой кислоты являлись концевыми группами разветвляющейся ароматической полиамидной боковой цепи [20], либо дендроны с концевыми сложноэфирными группами на основе аспарагиновой кислоты были отделены от основной цепи длинным гибким спейсером. Продукты полимеризации имели низкие значения вязкости и были недостаточно изучены [25].
Дендритные акриловые мономеры получали взаимодействием акрилоилхлорида (АХ) с соответствующими дендронами, мономер Mi - ацили-рованием диметилового эфира аспарагиновой кислоты Dt в присутствии триэтиламина (ТЭА). Дендроны D2, D3 и D4, состоящие из 3, 7 и 15 молекул аспарагиновой кислоты и имеющие соответственно 4, 8 и 16 концевых сложноэфирных групп, синтезировали исходя из Вос-аспарагино-вой кислоты BocAsp и диметилового эфира аспарагиновой кислоты.
Дендроны готовили конвергентным способом по стратегии повторяющегося синтеза с применением дициклогексилкарбодиимида (ДЦГК) для активирования карбоксильных групп (ранее для синтеза дендронов на основе аспарагиновой и глутаминовой кислот использовали бензилоксикарбониль-ную защиту [25, 35, 36] и N-гидроксисукцинимид-ные эфиры [25, 35-37]).
После снятия трет-бутилоксикарбонильной (ВОС) защиты реакцией дендронов с акрилоилхло-ридом были получены акриловые мономеры М2 и М3 с дендронами второй и третьей генерации, присоединенными к винильному углеродному атому посредством амидной связи:
НС1 • Э,
ТЭА, АХ
М,
1.ТЭА
ВОС-АК + НС1 • В„ 2 ДЦГК> ВОС-Ол + 1 — НС10п + 1
ТЭА, АХ
Мп+,
+1
АК з Ш2-СН-<СН2)т^СООН, т = 1 (Авр), 2 («и); п = 1, 2, (3) ¿ООН
О
ОСН3 О
ОСН.
ЫН О
О ОСН3
о н
ОСНз
ОСН.
II
сн2
М1А8р(Л/ = 215)
0=<1
ш о
сн2
М2Мр(М = 474)
О
ОСНз
оСНз° Г У00113 НИ о
О
О ОСНз
- - ; у*
сн2
0=л осн3
МЗА8р(Л* = 990)
Свободнорадикальную полимеризацию Ы-ак-рилоил-дендронов проводили при варьировании ее условий в широких пределах. Влияние условий процесса на возможность получения образцов полимеров с высокими степенями полимеризации изучали на мономерах М, и М2 с аспарагиновыми дендронами. В качестве первичных критериев для оценки результатов полимеризации использовали выход образовавшегося продукта и значение его характеристической вязкости. В тех случаях, когда полимер выделить в чистом виде не удавалось, результаты процесса косвенно характеризовали по степени трансформации (конверсии) мономера, определяя убыль интенсивности сигналов протонов при двойной связи в спектре ПМР продукта. Условия и результаты полимеризации приведены в табл. 1. В табл. 2 содержатся молекулярно-массовые характеристики отдельных образцов полимерных продуктов с дендронами на основе аспарагиновой кислоты, получен-
ные методом ГПХ с использованием ПС-стандартов. Результаты измерений ДЛП, проведенных параллельно с седиментацией и диффузией, указывают на то, что они относятся к истинным (молекулярным) растворам [38]. Хорошее соответствие данных ГПХ, седиментации и диффузии, свидетельствует об отсутствии агрегации изученных полимеров в условиях их анализа.
Мономеры М1 полимеризовали с использованием вещественных инициаторов - пероксида бензоила и ДАК, а также путем радиационно-хи-мического инициирования. Из данных, приведенных в табл. 1, видно, что ДАК более эффективен как инициатор, чем пероксид бензоила, а у-облу-чение в отсутствие инициатора (поглощенную дозу варьировали в пределах 35-100 Мрад) приводит к образованию сшитых продуктов.
Полимеризацию мономеров М2 с дендронами второй генерации осуществляли, варьируя кон-
Таблица 1. Условия и результаты полимеризации мономеров с дендронами первой-третьей генерации на основе аспарагиновой и глутаминовой кислот
Мономер Растворитель г,° с Инициатор [М], % (моль/л) [1]/[М], мол. % Время, ч Выход полимера, % ГП] (СНС13, 25°С), дл/г
М1А5р Бензол 80 ПБ 20 (0.93) 0.4 30 42 0.19
Бензол 60 ДАК 20 (0.93) 0.7 30 61 0.61
Бензол 25 Радиационное инициирование 20 (0.93) В = 35-100 Мрад Частично или полностью сшитый продукт
ДМСО 60 ДАК 16 (0.93) 0.7 24 76 1.7
ДМСО 50 ДАК 16 (0.93) 0.7 24 90 1.3
ДМСО 60 ДАК 16 (0.93) 0.7 40 87 1.35
МЮ1и ДМСО 60 ДАК 17 (1.0) 0.7 24 72 0.86
М2А8р ДМСО 60 ДАК 16 (0.42) 1.5 48 42* 0.29
20 (0.56) 0.7 48 60 0.16
20 (0.56) 1.5 48 78 0.16
20 (0.56) 2.8 48 81 0.17
20 (0.56) 5.6 48 83 0.17
27 (0.85) 1.5 24 81 0.25
М2С1и ДМСО 60 ДАК 22 (0.62) 1.5 72 70 0.23
ДМСО 60 ДАК 19 (0.41) 1.5 48 74 0.13
Ы-МП 60 ДАК 19 (0.41) 1.5 48 59 0.03
ДМАА 60 ДАК 19 (0.41) 1.5 48 71 0.02
МЗА5р ДМСО 60 ДАК 16 (0.20) 1.5 72 Конверсия 15%
ДМСО 60 ДАК 30 (0.47) 1.5 72 Конверсия 25%
ДМСО 25 Радиационное инициирование 21 (0.30) й= 120 Мрад 85 0.02
М301и ДМСО 60 ДАК 16 (0.20) 1.5 72 Конверсия 15%
ДМСО 60 ДАК 38(0.61) 1.5 72 Конверсия 25%
* Низкий выход и высокая вязкость обусловлены применением метанола (а не диэтилового эфира) при выделении и переосаждении полимера. Условия выделения указаны в "Экспериментальной части".
Таблица 2. Молекулярно-массовые характеристики продуктов полимеризации мономеров с дендронами на основе аспарагиновой кислоты
Полимер [Л] (СНС13, 25°С), дл/г Мп Рп Р» М„/М„
Р1 1.70 250900 1170 2783500 12950 11.09
1.30 142600 660 1176800 5470 8.25
Р2 0.29 107600 230 267800 560 2.49
0.19 66200 140 172300 360 2.60
Рз 0.02 4200 4 5900 6 1.40
0.02 4100 4 5800 6 1.41
центрацию ДАК. Было показано, что концентрация инициатора (1.5-5.6 мол. %) практически не влияет на выход полимера и степень полимеризации. Изменение температуры (50,60,70°С) незначительно сказывается на степени полимеризации,
и для получения сопоставимых результатов реакцию проводили при 60°С. Выбор растворителя определялся тем, что мономеры с дендронами более высоких генераций растворяются только в полярных апротонных растворителях (кроме ДМФА).
Полимеризация мономеров М2 с дендронами на основе глутаминовой кислоты хуже протекает в ДМАА и Ы-метилпирролидоне, чем в ДМСО. По-видимому, это связано с донорно-акцепторным взаимодействием ДМСО с амидными группами мономеров. Подобное взаимодействие ДМСО с молекулами сферических дендримеров на основе глутаминовой кислоты рассмотрено в работе [36].
Анализ результатов экспериментов по полимеризации мономеров М, и М2 (табл. 1 и 2) показывает, что эти процессы протекают в полном соответствии с общими закономерностями радикальной полимеризации и с образованием продуктов с достаточно высокими степенями полимеризации. Следует, однако, отметить, что характеристическая вязкость и ММ полимеров, полученных из диме-тиловых эфиров акрилоил-аминокислот намного выше, чем полимеров с дендронами второй генерации. С учетом ММ мономеров различие в степенях полимеризации оказывается еще большим.
Ситуация критическим образом меняется с переходом к полимеризации мономеров М3 с дендронами третьей генерации. Исследование полимеризации мономеров М3 проводили в тех же условиях, что М2, увеличив продолжительность реакции до 72 ч. В таких условиях степень конверсии мономеров, согласно данным ПМР-спект-роскопии, составила только 15%. При этом продукт не удалось отделить от непрореагировавшего мономера из-за инклюзии его в массе мономера, несмотря на существенное различие растворимости продуктов полимеризации и мономеров. Ранее было показано, что для получения более высокомолекулярных образцов "стерически нагруженных" полимеров необходимо проводить полимеризацию при концентрации мономеров не менее, чем 1 моль/л [10, 24]. К сожалению, для мономеров М3 максимально достижимыми оказались концентрации 0.47 и 0.61 моль/л (для аспарагинового и глутами-нового аналогов соответственно). При этих концентрациях степень конверсии, по данным ПМР, не превысила 25%.
Количественной конверсии мономеров М3 удалось добиться с использованием методов радиаци-онно-химического инициирования. Продукты полимеризации мономеров М3 с дендронами на основе аспарагиновой кислоты, полученные методом ра-диационно-химического инициирования при высокой поглощенной дозе 120 Мрад, имели характе-
ристическую вязкость 0.02 дл/г, их ММ, по данным ГПХ, соответствовала степеням полимеризации 4-6 (табл. 2).
Результаты исследования полимеризации коррелируют с литературными данными [9, 10, 13, 21-23, 31] и отражают влияние резко возрастающих при переходе к мономерам с дендронами третьей генерации стерических затруднений. При этом снижается реакционная способность свобод-норадикальных активных центров растущих цепей из-за их стерического блокирования дендронами уже сформировавшихся фрагментов цепей (олигомеров) и увеличивается экранирование собственно двойной связи в акрилоил-дендронах высоких поколений. Результатом совместного влияния этих двух факторов на полимеризацию является резкое уменьшение скорости реакций роста цепи и повышение вероятности побочных и конкурирующих реакций, приводящих к обрыву материальных цепей на самых ранних стадиях процесса.
Очевидно, что полимеризация акрилоильного производного впервые полученного нами дендро-на четвертого поколения, состоящего из 15 звеньев аспарагиновой кислоты, не может быть успешной. Поэтому для синтеза полимеров с такими дендронами использовали другие подходы, которые будут обсуждены в отдельной публикации.
Для полимеров с дендронами на основе аспарагиновой кислоты были проанализированы ИК-спе-ктры в разбавленных растворах в хлороформе. Частота валентных колебаний Ы-Н амидных групп, равная 3425 см-1 в мономерах, смещается до 3350 (для полимера Р,) и 3300 см-1 (для полимеров Р2 и Р3) с одновременным уширением. Меняется также положение полос валентных колебаний С=0 амидных групп (от 1673 см-1 в мономерах и Р£ к 1660 и 1655 см-1 в Р2 и Р3 соответственно). В растворах полимеров происходит, по-видимому, межмолекулярное и(или) внутримолекулярное образование водородных связей между амидными группами, причем интенсивность такого связывания усиливается с увеличением номера генерации дендронов.
Полученные полимеры Р, и Р? с аспарагино-выми дендронами были исследованы методами молекулярной гидродинамики и оптики [38], а также равновесного и неравновесного электрического ДЛП [39].
Образцы полимеров Р, и Р2 были подвергнуты сикарбонильных концевых групп дендронов в основному гидролизу для трансформации меток- карбоксильные:
О
oci£
О ОСН3
NH
п
О ОСН3
1. NaOH
2.HCI
О
он
О NH
lAsp п
О
1.Ва(ОН)2
2. H2S04
NH
О. ОСН3
О
NH О
ОН
ОСН*
ОСН3
NH ° О
ОН
О NH
О NH
О;
NH О
ОН
ОН
ОН
2Asp
Гидролиз образцов полимеров Р2 осуществляли в растворе гцдроксида бария при 50-60°С, полимерные соли бария сушили, добавляли рассчитанное количество разбавленной серной кислоты, сульфат бария отделяли центрифугированием и из водных растворов удаляли воду. Выход полимеров составил 80-90%. Степень конверсии сложно-эфирных групп (по остаточному сигналу групп ОСН3 в спектре ПМР) была не менее 95%. Более высокомолекулярные образцы полимеров Р£ подвергаются в таких условиях неполному гидролизу. В этом случае реакцию осуществляли нагреванием вещества в растворе гидроксида натрия с последующей его нейтрализацией и получали полимеры, в спектрах ПМР которых отсутствовали сигналы сложноэфирных групп. Очистку полимера осуществляли диализом. Для синтезированных полимеров измеряли приведенную вязкость при различных концентрациях полимера в воде и в растворах хлористого натрия различной концентрации. Представленные на рис. 1 зависимости приведенной вязкости от концентрации в воде имеют характерный для полиэлектролитов вид: вязкость раствора с разбавлением увеличивается, что объясняется полиэлектролитным набуханием макромолекул, несущих большое количество карбоксильных групп по их периферии.
На рис. 1а для сравнения приведена кривая, характерная для образца ПАК фирмы "Merck" с А/ = 4.5 х 105.
Из-за различия в молекулярных массах ПАК и полимеров с дендронами первой и второй генераций нельзя сделать определенных выводов о влиянии увеличения количества ионогенных групп на процесс полиэлектролитного набухания. Следует отметить, что слабое возрастание приведенной вязкости с разбавлением для дендритных полимеров наблюдается даже при высоких концентрациях соли вплоть до 1 моль/л.
Поведение гидролизованных полимеров в водно-солевых растворах было изучено методом динамического светорассеяния. Результаты этих исследований будут опубликованы позже.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Для синтеза исходных соединений использовали L-аспарагиновую и L-глутаминовую кислоты квалификации ч. ЯМР-спектры снимали на приборе DPX 300 в растворах CDC13 или ДМСО-ф,, а ИК-спектры - на приборе "Specord IR-75" в растворах в хлороформе (0.4 г в 100 мл). Вязкость полимеров измеряли при 25°С в вискозиметре
Рис. 1. Зависимость приведенной вязкости от концентрации в воде гидролизованных полимеров Р{ (а) и Р2 (б) на основе аспарагиновой (1) и глутаминовой (2) кислот, а также ПАК с М = 4.5 х 105 (3). [Т|] исходных полимеров в хлороформе при 25°С соответственно 1.03 и 1.21 (а), а также 0.18 и 0.13 дл/г (б).
Уббелоде в хлороформе и воде (для гидролизованных образцов).
Исследование образцов Р, и Р2 методом ГПХ с применением ПС-стандартов осуществляли на колонке гогЬах РБМ Тптсм1а1-8-8аи1е, Р3 - на колонке ЕогЬах РБМ60 + 300-8аи1е, растворитель ДМАА с добавлением 2 об. % Н20 и 1ЛС1 (3 г/л), скорость элюирования 0.5 мл/мин, детектирование рефрактометрическое.
По известным методикам были синтезированы ВОС-аспарагиновая и ВОС-глутаминовая кислоты [40], гидрохлориды диметиловых эфиров аминокислот 01А5р и 0Ю1и [41]. Характеристики всех соединений совпадали с литературными.
Общая методика синтеза дендронов
К раствору 0.02 моля гидрохлорида диметило-вого эфира аминокислоты (или дендрона предыдущей генерации) в 40 мл этилацетата добавляли 0.0205 моль ТЭА. Через 1 ч образовавшуюся соль ТЭА отфильтровывали и фильтрат объединяли с раствором 0.008 моль ВОС-аминокислоты в 30 мл этилацетата. К полученному раствору при охлаж-
дении до -15°С (-5°С для глутаминовой кислоты) прикапывали раствор 0.018 моля ДЦГК в 30 мл этилацетата. Перемешивали при охлаждении еще 20 мин, после чего реакционную смесь помещали в морозильную камеру на 1 сутки, затем й холодильник на 2 суток. При комнатной температуре перемешивали реакционную смесь в течение 5 ч, для разложения избытка ДЦГК прибавляли 0.2 мл уксусной кислоты и перемешивали еще 1 ч. Выпавшую дициклогексилмочевину (ДЦГМ) отфильтровывали. Этилацетатный раствор промывали 20 мл разбавленной уксусной кислоты, таким же количеством насыщенных растворов бикарбоната натрия и хлористого натрия и сушили сульфатом магния. Растворитель отгоняли, а остаток растирали в петролейном эфире.
Тетраметил -Ы3-ВОС-аспартоил -/V7 ,Ы2-диаспарагинат (В0С-02А$р)
Продукт очищали перекристаллизацией в смеси этилацетат-петролейный эфир. Выход 55%. Гпл = 110-111°С (по лит. данным [37] = 107-108°С).
Тетраметил-ЫЗ-ВОС-глутамоил-Ы1 Д2-диглутешат (ВОС-02оы)
Продукт выделяли, используя двукратную перекристаллизацию: сначала в смеси изопропиловый спирт-петролейный эфир, а затем в смеси метанол-диэтиловый эфир. Выход 64%. = 99-100°С.
Найдено, %: С 51.40; Н7.04; N7.42. Для СгдНз^зО^
вычислено, %: С 51.33; Н7.00; N7.48.
ПМР (СОС13), 6, м.д.: 1.43 (с, 9Н, С(СН3)3); 1.80-2.70 (м, 12Н, СН2); 3.69,3.70, 3.78, 3.79 (все с, ЗН, ОСН3), 3.98 (м, 1Н, ОС(О)ЫНСН), 4.70, 4.78 (оба м, 1Н, СН), 5.07 (д, 1Н, МНС(0)0, / = 6.9 Гц); 7.64 (д, 1Н, Ш,/= 9.0 Гц); 7.85 (д, ГЧН,/ = 9.0 Гц).
Октаметил-Ы7 -ВОС-аспартоил-Ы5 Д6-диаспартоил-Ы1 ,Ы4-тетраспарагинат (В0С-0Шр)
Синтез проводили по описанной выше методике. Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре 12 ч. Продукт, выпавший из раствора вместе с ДЦГМ, очищали перекристаллизацией из изопропилового спирта. Выход 76%. 7™ = 207-209°С.
Найдено, %: С 47.53; Н6.00; N9.34. Для С41Н61^024
вычислено, %: С 47.54; Н 5.94; N9.47.
ПМР (СЭС13), 5, м. д.: 1.45 (с, 9Н, С(СН3)3), 2.65-2.91 (м, 14Н, СН2), 3.60-3.75 (24Н, ОСН3), 4.48 (м, 1Н, ОС(О)ШСН), 4.73-4.90 (6Н, СН), 5.94 (д, 1Н, 0С(0)Ш, / = 9.0 Гц), 7.15-7.24 (2Н, ГШ), 7.50 (д, 1Н, Ш, 1 = 1.1 Гц), 7.67 (д, 1Н, Ш, / = 8.4 Гц), 7.75 (д, 1Н, 1ЧН, / = 8.4 Гц), 7.85 (д, 1Н, Ш,/ = 7.5Гц).
Октаметил-Ы7-ВОС-глутамоил-Ы5 Д6-диглутамоил-Ы1 Д2 А3 $4-тетраглутамат (ВОС-иШи)
Синтез проводили аналогичным образом. Из смеси с ДЦГМ продукт отмывали большим количеством хлороформа. Растворитель упаривали, продукт дважды перекристаллизовывали из изо-пропанола. Выход 3.2 г (58%). Тт = 160-162°С.
Найдено, %: С 50.78; Н 6.60; N 8.53. Для С^Н^Ом
вычислено, %: С 50.79; Н6.61; N8.64.
ПМР (СОС13), 6, м.д.: 1.37 (с, 9Н, (СН)3С), 1.65-2.60 (28Н, СН2), 3.50-3.80 (24Н, ОСН3), 4.1^1.25, 4.67, 4.70, 4.85 (все м, 6Н, СН), 4.94 (уш., 1Н, ОС(О)Ш), 7.70 (д, ИН, 3 = 8.2 Гц), 7.80 (д, ИН, 3 = = 8.4 Гц), 8.08-8.30 (ЗН, ЫН), 8.47 (д,1ЧН,/ = 6.2 Гц).
Гексадецилметил-Ы'5-ВОС-аспартоил-Ыи А14-диаспартоил-ЪР А10 $п-тетрааспартоил-И1 ¿Я5 ,Ы6 №8-октааспарагинат
(В0С-0Шр)
Синтез проводили аналогично получению В0С-0ЗА$р. Гидрохлорид дендрона третьей генерации растворяли в ДМФА. Реакционную смесь выдерживали в холодильнике 1 сутки и 5 суток перемешивали при комнатной температуре. Продукт, выпавший из раствора вместе с ДЦГМ, кипятили с метанолом до полного удаления ДЦГМ и фильтровали. Выход 61%. Т^ = 256-260°С (с разложением).
Найдено, %: С 45.80; Н5.75; N9.67.
(соответствует молекуле, содержащей три молекулы воды)
ДляС81Н117^5048-ЗН20
вычислено, %: С 45.82; Н 5.84; N9.90.
ПМР (ДМСО-а6), 5, м. д.: 1.35 (с, 9Н, С(СН3)3), 2.36-2.83 (ЗОН, СН2), 3.55-3.68 (48Н, ОСН3), 4.25 (м, 1Н, ОС(О)ЫНСН), 4.45-4.68 (14Н, СН), 6.89 (д, 1Н, (ОС(О)ИН, / = 7.0 Гц), 7.98-8.42 (14Н, Ш).
ЯМР 13С (ДМСО-<16): 28.14 (С(СН3)3), 35.45, 35.72, 36.73,37.31,37.70 (СН2), 48.52,48.73,49.46, 49.61, 50.08 (ОСН3), 51.50 (СН-Ш-С(О)О), 51.68, 52.19 (ОСН3), 78.60 (С(СН3)3), 155.25 (С(0)0С(СН3)3), 169.40, 169.60, 169.75, 170.50, 170.80, 171.10, 171.57 (С=0).
Гидрохлориды дендронов второй-четвертой генерации
Снятие защиты с ВОС-дендронов осуществляли, обрабатывая их 4 N раствором НС1 в диоксане. Время обработки увеличивали от 1 ч для дендронов второй генерации до 3-4 ч и 24 ч для дендронов третьей и четвертой генерации соответственно. Раствор выливали в петролейный эфир, растирали в нем до густого масла, а затем растирали в абсолютном эфире. Выход более 90%. Полноту снятия ВОС-группы контролировали по отсутствию сигнала трет-бутшьной группы в спектре
ПМР. Вещества отличаются высокой гигроскопичностью.
HCl • D2Asp. Тт = 63-65°С. ПМР (CDC13), 5, м. д.: 2.97-3.28 (6Н, СН2), 3.68-3.72 (4с, 12Н, ОСН3), 4.65 (м, 1Н, HCl • NH2CH), 4.85-4.95 (2Н, СН), 8.13, 8.71 (оба д, 1Н, NH, 7 = 9.0 Гц ), 8.31 (уш., ЗН, NH2 • HCl).
HCl • D2GIu. ПМР (CDC13), 8, м.д.: 1.92-2.80 (12H, CH2); 3.58-3.82 (12Н, ОСН3); 4.33 (м. 1Н, HCl • NH2CH); 4.52-4.70 (2Н, СН); 7.82,8.75 (оба д, 2Н, NH, 7 = 7.2 Гц), 8.45 (уш., ЗН, NH2 • HCl).
HCl
DjAsp- Tm = 104—106°C. ПМР (CDC13), 5,
м. д.: 2.50-3.25 (14Н, СН2), 3.60-3.88 (24Н, ОСН3), 4.65 (м, 1Н, HCl • NH2CH), 4.78-4.98 (5Н, СН), 7.63-7.95 (уш., 2Н, NH), 8.02-8.45 (уш., 5Н, NH и NH2 • HCl), 8.67 (уш., 1Н, NH).
HCl • Dac,,,. ПМР (CDC13), 8, м.д.: 1.80-2.80 (28Н, СН2), 3.60-3.85 (24Н, ОСН3), 3.88-4.30, 4.45-4.85 (7Н, СН); 7.75 (уш., 1Н, NH), 8.08-8.25 (уш., 2Н, NH), 8.25-8.55 (уш., ЗН, NH2 • HCl), 8.90 (уш., 1Н, NH).
Общая методика синтеза мономеров
В коническую колбу помещали гидрохлорид дендрона, растворяли его в хлороформе и добавляли двукратный мольный избыток ТЭА. Охлаждали раствор до -10°С и при перемешивании добавляли 10%-ный избыток АХ. Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре 2 ч, промывали разбавленной соляной кислотой, содой и солью, сушили сульфатом магния, и после удаления растворителя кристаллизовали из гек-сана или из смеси хлороформ-гексан (для мономеров с дендронами первой и второй генерации). Мономеры с дендронами третьей генерации выпадали из хлороформного раствора. Их отделяли фильтрованием, промывали эфиром. От гидрохлорида ТЭА избавлялись, отмывая его метанолом (M3Asp) или с помощью перекристаллизации из изопропанола (M3Glu).
Диметил-Ы-акрилоиласпарагинат (M1Asp)
Выход мономера 80%. Тпл = 53°С.
Найдено, %: С 50.34; Н6.13; N6.57. Для C9H13N05
вычислено, %: С 50.23; Н6.09; N6.51.
ПМР (СОС13), 8, м. д.: 2.9, 3.15 (д.д, 1Н, СН2, 27 = 17.0 Гц,37 = 6.0 Гц), 3.71, 3.81 (с, ЗН, ОСН3), 4.95 (м, 1Н, СН), 5.70 (д, 1Н, СН^СН,/^ = 10.1 Гц), 6.2 (д.д, 1Н, СН2=СН, 7^ = 10.1 Гц, ^ранс = 17.0 Гц), 6.35 (д, 1Н, СН^СН, 1транс = 17.0 Гц), 6.65 (д, 1Н, N4,7 = 8.0 Гц).
Диметил-Ы-акрилоилглутамат (М,а!и)
Продукт выделен в виде трудно-кристаллизу-ющегося масла. Выход 50%. По данным ТСХ и ПМР не содержит примесей.
Найдено, %: С 51.56; Н6.39; N5.72. Для С10Н15Ш5
вычислено, %: С 52.40; Н6.55; N6.11.
ПМР (СОС13), 8, м.д.: 2.00-2.55 (м, 4Н, СН2), 3.68, 3.80 (оба с. ЗН, ОСН3), 4.72 (м, 1Н, СН), 5.71 (д, 1Н, СН^СН, 7^ = 10.2 Гц), 6.10 (д.д, 1Н, СН=СН2, ]транс = 16.8 Гц, 7ЧЫС = 10.2 Гц), 6.33 (д, 1Н, С)Ъ=С\Ытранс = 16.8 Гц), 6.45 (д, 1Н, Ш, 7 = 7.2 Гц).
Тетраметил-Ы3 -акрилоиласпартоил-Ы' Д2 -диаспарагинат (М2А5р)
Выход мономера 72%. = 152-153°С.
Найдено, %: С 48.07; Н 5.88; N8.52. ДляС19Н27№,Оп
вычислено, %: С 48.20; Н5.75; N8.88.
ПМР (СОС13), 8, м.д.: 2.60-3.08 (6Н, СН2), 3.70, 3.71, 3.75, 3.76 (4с, 12Н, ОСН3), 4.79-4.95 (ЗН, СН), 5.70 (д, 1Н, СНг=СН, 7цис = 10.1 Гц), 6.18 (д.д, 1Н, СН2=СН, ]цис = 10.1 Гц, ]тртс = 17.0 Гц), 6.35 (д, 1Н, СН^СН, ]транс = 17.0 Гц), 6.95 (д, 1Н, ИН, 7 = 8.3 Гц), 7.39 (д, 1Н, ИН, 7 = 7.5 Гц), 7.74 (д, 1Н, ЫН, 7 = 8.3 Гц).
Тетраметил-Ы3-акрилоилглутамоил-Ы1 Д2-диглутамат (М2Сы)
Выход мономера 63%. = 126-128°С.
Найдено, %: С 51.37; Н6.45; N8.09. Для С22Н33^Ои
вычислено, %: С 51.26; Н 6.45; N8.15.
ПМР (СОС13), 8, м.д.: 1.90-2.60 (12Н, СН2), 3.63-3.80 (12Н, ОСН3), 4.41 (м, 1Н, СН-МНСОСН=СН2),
4.62-4.78 (2Н, СН), 5.66 (д, 1Н, СН^СН, 1нис = = 10.2 Гц), 6.10 (д.д, СН=СН2, JmpaHC = = 16.8 Гц, J4UC= Ю.2 Гц), 6.27 (д, 1Н, СН^СН, JmpaHC = = 16.8 Гц), 6.57 (д, 1Н, NHCOCH=CH2, / = = 6.0 Гц), 7.62 (д, 1Н, NH, J = 9.0 Гц), 8.02( д, 1Н, NH, J = 8.4 Гц).
Октаметил-N7-акрилоиласпартоил-N5JV6-диаспартоил-N1 JSf2 JJ3 fl4-тетраспарагинат (MMsp)
Выход мономера 76%. Т^ = 218-220°С.
Найдено, %: С 46.63; H 5.48; N9.22. Для C39H55N7023
вычислено, %: С 47.33; H 5.60; N9.90.
ПМР (ДМСО-dé), Ô, м.д.: 2.36-2.90 (14Н, СН2), 3.60 (24Н, ОСН3), 4.50-4.68 (7Н, СН), 5.61 (д, 1Н, СН2=СН, J„uc = 11.9 Гц), 6.07 (д, 1Н СНг=СН, = 15.3 Гц), 6.29 (д.д, 1Н, СН2=СН,/чис = 11.9 Гц,
' транс
?транс
= 15.3 Гц ), 8.14-8.43 (7Н, NH).
Октаметил-Ы7-ВОС-глутамоил-№ диглутамоил -Л/' Д2 А3 Д4-тетраглутамат Шзаш)
Выход 70%. Тт = 221-223°С.
Найдено, %: С 50.80; Н 6.45; N 8.95. ДляСкД^Огз
вычислено, %: С 50.78; Н6.39; N9.01.
ПМР (ДМСО-с16), 8, м.д.: 1.65-2.40 (28Н, СН2), 3.32-3.68 (24Н, ОСН3), 4.20-4.34 (7Н, СН), 5.60 (д, 1Н, СН2=СН, 1цис = 11.9 Гц), 6.09 (д, 1Н, СН^СН, Стране = 16.8 Гц), 6.35 (Д.Д, 1Н, СН=СН2, ]транс = = 16.8 Гц, V = 11.9 Гц), 8.10 (д, 1Н, ЫНС(0)СН=СН„ ] = 7.4 Гц), 8.18-8.43 (6Н, №1).
Синтез полимеров
К раствору мономера в ДМСО добавляли рассчитанное количество инициатора, помещали в ампулу, вакуумировали до остаточного давления 5 х 10~3 мм рт.ст. и запаивали. Ампулы помещали в термостат или облучали на у-^Со установке К-120000 при комнатной температуре. Через определенное время раствор полимера растирали в диэтиловом эфире и дважды переосаждали из хлороформа в диэтиловый эфир. Полученный
порошок сушили в вакууме. Полимеры содержат следы ДМСО (согласно спектрам ПМР).
Полимер Р,А,р. [л] = 1.7 дл/г. Гразмягч = 108-116°С.
Найдено, %: С 50.50; Н6.17; N6.46. Для(С9Н13Ж)5)„
вычислено, %: С 50.23; Н6.09; N6.51.
ПМР (СОС13), 8, м.д.: 1.18-2.58 (ЗН, [-СНг-СН-]„), 2.69-3.00 (2Н, СН2), 3.70 (6Н, ОСН3), 4.40-5.15 (группа сигналов 1Н, СН), 7.55-8.15 (1Н, ИН).
Полимер Р1С1и. [Г|] = 0.86 дл/г. Тразмягч =118-121°С.
Найдено, %: С 50.50; Н6.17; N6.40. Для (С10Н^О5)л
вычислено, %: С 52.40; Н6.55; N6.11.
ПМР (СОС13), 8, м.д.: 1.30-2.60 (7Н, [-СН,-СН-]„, СНг); 3.57-3.95 (6Н, ОСН3); 4.35^.58 (группа сигналов 1Н, СН); 7.55-8.00 (1Н, ЫН).
Полимер Р2А8р. [Г|] = 0.29 дл/г. Гразмягч = 118-124°С.
Найдено, %: С 48.23; Н 5.78; N8.86. Для (С19Н27ОиЫ3)„
вычислено, %: С 48.20; Н5.75; N8.88.
ПМР (СОС13), 8, м.д.: 1.3-3.2 м.д. (9Н, [-СНг-СН-]„, СНг), 3.3-4.2 (12Н, ОСН3), 4.4-5.2 (ЗН, СН), 7.3-8.7 (ЗН, Ш).
Полимер Р20|и. [л] = 0.23 дл/г. Гразмягч = 124-128°С.
Найдено, %: С 50.99; Н6.52; N7.90. Для (С22Н33№,Ои)„
вычислено, %: С 51.26; Н 6.45; N8.15.
ПМР (СОС13), 8, м.д.: 1.35-2.65 (15Н, [-СШ-СН-]„, СНг), 3.30-3.95 (12Н, ОСН3); 4.15^.85 (ЗН, СН); 7.35-8.05 (ЗН, МН).
Полимер РЗА5р. [л] ~ 0.02 дл/г. Гразмягч = 118-120°С.
Найдено, %: С 45.76; Н5.18; N8.50. Для (С39Н55Ы7023)„
вычислено, %: С 47.33; Н5.60; N9.90.
ПМР (CDC13), 5, м.д.: 1.20-3.25 (17Н, CHj, [-СН-СН,-],,), 3.45-3.95 (24Н, ОСН3), 4.60-5.15 (7Н, СН), 7.20-8.35 (7Н, NH).
Полимер [т|] ~ 0.02 дл/г. ГразмяП1 = 94-100°С.
Найдено, %: С 50.59; Н6.38; N8.83. Для (C46H49N7023)„
вычислено, %: С 50.78; Н6.39; N9.01.
nMP(CDCl3), 6, м.д.: 1.30-3.65 (31Н, [-СН,-СН-]„, СН2), 3.45-3.90 (24Н, ОСН3), 4.10-4.95 (7Н, СН), 7.2-9.0 (7Н, NH).
Все сигналы в спектрах полимеров уширены. В области 1.2-3.2 м.д., содержащей сигналы протонов полимерной цепи и групп СН2, вид спектра зависит от концентрации. Сигналы протонов цепи с увеличением концентрации смещаются в область слабого поля.
Авторы статьи выражают благодарность доктору D. Voigt (Institut für Polymerforschung, Dresden, Deutschland) за исследование образцов полимеров методом ГПХ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Tomalia DA. // Angew. Chem. Ed. Engl. 1990. V. 29. № 1. P. 138.
2. Fisher M., Vögtle F. // Angew. Chem. Int. Ed. 1999. V. 38. № 7. P. 884.
3. Newcome G.R., Moorefield C.N., Vögtle F. Dendritic Moiecules. New York: Wiley-VCH, 1996.
4. Newcome G.R., Moorefield C.N., Vögtle F. Dendrimers and Dendrons. Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH, 2001.
5. Bosman A.W..Janssen H.M., Meijer E.W. // Chem. Rev. 1999. V. 99. № 7. P. 1665.
6. Grayson S.M., Frechet J.MJ. // Chem. Rev. 2001. V. 101. № 12. P. 3819.
7. Schlüter A.D., Rabe P.R. // Angew. Chem. Int. Ed. 2000. V. 39. № 5. P. 864.
8. Neubert /., Amouling-Kirstein E., Schlüter A.D. // Mac-romol. Rapid Commun. 1996. V. 17. Ms 8. P. 517.
9. Chen Y.-M., Chen Ch.-F.. Liu W.-H. // Macromol. Rapid Commun.. 1996. V. 17. № 6. P. 401.
10. Chen Y.-M., Liu W.-H., CaoJ.-G., Chen Ch.-F., Xi F. // Macromol. Chem. Phys. 1999. V. 200. № 10. P. 2240.
11. Kaneko T„ Horie T., Asano M„ Aoki T., Oikawa E. // Macromolecules. 1997. V. 30. № 10. P. 3118.
12. Scrivanti A„ Fasan S., Matteoli U„ Seraglia R., Ches-saG. // Macromol. Chem. Phys. 2000. V. 201. № 3. P. 326.
13. Jahromi S., Coussens B., MeijerinkN., Braam A.W.M. // J. Am. Chem. Soc. 1998. V. 120. № 38. P. 9753.
14. Karakaya B„ Glaussen W., Schlüter A.D. // J. Am. Chem. Soc., Polym. Div. Polym. Prepr. 1996. V. 37. P. 216.
15. Shu L„ Shafer A., Schlüter A.D. // Macromolecules. 2000. V. 33. №12. P. 4321.
16. Tomalia DA., Kirchoff P.M. // Pat. 4 694 064 USA. 1987.
17. Ouali N., Mery S., Skoulios A. // Macromolecules. 2000. V. 33. № 16. P. 6185.
18. Grayson S.M., Frechet J.MJ. // Macromolecules. 2001. V. 34. № 19. P. 6542.
19. Shu L., Schlüter A.D., Ecker Ch., Severin N.. Rabe J.P. // Angew. Chem. Int. Ed. 2001. V. 40. № 24. P. 4666.
20. Draheim G., Ritter H. // Macromol. Chem. Phys. 1995. V. 196. № 10. P. 2211.
21. Zhang A, Vetter S., Schlüter A.D. // Macromol. Chem. Phys. 2001.V. 202. № 17. P. 3301.
22. Neubert /., Schlüter A.D. // Macromolecules. 1998. V. 31. № 26. P. 372.
23. VetterS., Koch S., Schlüter A.D. //J. Polym. Sei., Polym. Chem. 2001. V. 39. № 11. P. 1940.
24. Shu L., Schlüter A.D. // Macromol. Chem. Phys. 2000. V. 201. № 2. P. 239.
25. Niggeman M., Ritter H. // Acta Polymerien 1996. B. 47. S. 351.
26. Wenzel A„ Neubert /., Schlüter A.D. //Macromol. Chem. Phys. 1998. V. 199. № 5. P. 745.
27. Schlüter S„ Frahn J., Karakaya B., Schlüter A.D. // Macromol. Chem. Phys. 2000. V. 201. № 1. P. 139.
28. Percec V., Ahn C.-H., Barboiu B. // J. Am. Chem. Soc. 1997. V. 119. № 52. P. 12978.
29. Percec V., Ahn C.-H., Cho V.D., Jamieson A.M., Kim J., Leman T., Shmidt M., Gerle M„ Möller M„ Prokhoro-va SA., Sheiko S.S., Cheng S.Z.D., Zhang A., Ungar G., Yerdlev DJ.P. // J. Am. Chem. Soc. 1998. V. 120. № 34. P. 8619.
30. Bo Zh., Schlüter A.D. // Chem. Eur. J. 2000. V. 6. Ms 17. P. 3235.
31. ZistlerA., Koch S., Schlüter A.D. // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1. 1999. №4. P. 501.
32. Forster S., Neubert I., Schlüter A.D., Linder P. // Macro-molecules. 1999. V. 32. № 12. P. 4043.
33. Мельников А.Б., Полунина Г.Е., Антонов E.A., Рюмцев Е.И., Лезов A.B. // Высокомолек. соед. А. 2000. Т. 42. № 7. С. 1158.
34. Yin R., Zhu Y., Tomalia DA. // J. Am. Chem. Soc. 1998. V.120. № 11. P. 2678.
35. Twyman LJ., Beezer A.E., Mitchell J.C. I I Tetrahedron Lett. 1994. V. 35. № 25. P. 4423.
36. Ranganathan D., Kurur S. // Tetrahedron. 1997. V. 35. №7. P. 1265.
37. Brunner H., Altmann S. // Chem. Ber. 1994. B. 127. №11. S. 2285.
38. Бушин C.B., Гирбасова H.В., Беляева E.B., Безрукова M.A., Андреева JI.H., Билибин А.Ю. // Высокомолек. соед. А. 2002. Т. 44. № 6. С. 1008.
39. Цветков Н.В., Иванова В.О., Ксенофонтов И.В., Гирбасова Н.В., Билибин А.Ю. // Высокомолек. соед. А. 2003. Т. 45. № 2. С. 253.
40. Позднее В.Ф. // Биоорганическая химия. 1977. Т. 3. № 12. С. 1605.
41. Гершкович A.A., Кибирев В.К. // Основы пептидного синтеза. Реагенты и методы. Киев: Наукова думка, 1987.
Polymerization of Acrylic Monomers with Dendrons Based on Dicarboxylic a-Amino Acid Units N. V. Girbasova, 1.1. Migunova, I. R. Raspopova, and A. Yu. Bilibin
Faculty of Chemistry, St. Petersburg State University, Universitetskii pr. 26, St. Petersburg, 198504 Russia
Abstract—A series of acrylic monomers carrying dendrons based on aspartic and glutamic acids of various generations was synthesized. The free-radical polymerization of the synthesized monomers with the use of material and radiation-chemical initiation was studied. It was shown that monomers carrying dendrons of the first and second generations undergo polymerization to afford products with high polymerization degrees; as the generation number of the dendrons increases, the polymerization degree of the products sharply decreases. The monomer bearing the third-generation dendron yields an oligomer only under the radiation-induced polymerization conditions. The hydrolysis of the terminal methoxycarbonyl groups of dendritic polymers was accomplished, and polyelectrolyte effect was discovered in solutions of the products obtained.
