Мультиблок-сополимеры - синтез в условиях полимеризации с обратимой передачей цепи и свойства, страница 7

К настоящему времени существует широкий круг подходов длямодификации. Все они имеют свои преимущества и ограничения в зависимости отпланируемых применений [9, 70-111]. В основном разработаны методики длямодификации тиокарбонильной группы в монофункциональных ОПЦ-агентах,чаще всего дитиобензоатах.Гомополимеры, полученные методом ОПЦ-полимеризации содержат в своемсоставеактивнуютиокарбонильнуюгруппу.Введениегомополимеравполимеризацию с другим мономером и радикальным инициатором, таким образом,дает возможность получения различных блок-сополимеров [9, 70-111] (рис.1.1,реакция 1). Использование нуклеофилов (амины, гидроксиды, боргидриды)являетсяоднимизнаиболеехорошоизученныхспособовмодификациитиокарбонильной группы [69, 138] (реакция 2).

Следует отметить, что выборнуклеофильного агента и условий проведения эксперимента зависит от химическойприроды полимера, который помимо активной тиокарбонильной группы можетиметь в своем составе различные функциональные группы. После модификациипродукты содержат уже тиольную группу и, используя метод click-chemistry(например взяв в качестве второго компонента полимер, содержащий активнуюконцевую двойную С=С связь или концевой спейсер с такой связью) можноосуществлять синтез различных блок-сополимеров [69, 138] (реакция 3). Реакциитермолиза так же хорошо изучены, как эффективный метод модификациитиокарбонильной группы [69, 138] (реакция 4).

При этом следует подчеркнуть, чтоструктура звеньев самого полимера и разные функциональности должны бытьстабильныкусловиям термолиза, который, дляэффективноготиокарбонильной группы обычно протекает при температурах 120200 оС.28удаленияблок-сополимеры3клик-реакцииXXXXSRRHXn-1Xn-1YYY5Rn-1YYмономерYCoII.2блок-сополимерыRXнуклеофилыHRтермолиз1n-1YОПЦполимеризация.Y6R[H]XX4XSZRRn-1YX.X7RRYn-1SR..O.R12Y8NO2XXON10[H]YR[4+2]n-1Дильс-АльдерXYXYOOHR9n-1YXYXSRNMPполимеризацияP(Ph)3Zблок-сополимеры11n-1YYSXXOHRn-1YYРисунок 1.1 Различные методы модификации дитиобензоатной группы ZC(=S)SПри добавлении к гомополимерам метилметакрилата или бутилметакрилата,полученных на дитиобензоатах, небольших количеств [(CH3(OH)2Co(dmgBF2)2],при этом [(CH3(OH)2Co(dmgBF2)2]:[поли(ОПЦ)] = 1:80000 и радикальногоинициатора, например ДАК, происходит полное удаление тиокарбонильной29группыиобразованиемакромономераскрайненизкойстепеньюполидисперсности [69] (реакция 5).Реакции каталитического восстановления для удаления тиокарбонильнойгруппы так же описаны в литературе [69] (реакция 6).

В качестве H-донора чащевсего используются соединения олова – Bu3SnH, которые позволяют удалятьраличные дитиобензоатные группы в полимерах.Введение радикального инициатора, например ДАК, в раствор полимера винертном растворителе, например бензоле, позволяет эффективно удалятьтиокарбонильную группу [69, 73, 86, 138, 139] (реакция 7).Введениесистемырадикальныйинициатор/нитроксил,напримерДАК/ТЕМПО, в раствор гомополимера с активной тиокарбонильной группой,позволяет заменять тиокарбонильную группу на нитроксильную [69] (реакция 8).Дальнейшие подходы полимеризации по механизму обратимого ингибированиядают возможность для получения различных блок-сополимеров (реакция 9).Концевая тиокарбонильная группа может быть легко модифицирована вгидрокси-группу в две стадии [69]: 1) нагревание раствора полимера в ТГФ срадикальным инициатором, чаще всего ДАК, на воздухе, что приводит кобразованию перекисной концевой группы (реакция 10).

2) обработка полученногораствора трифенилфосфином (реакция 11).ОПЦ-агентыиполи-ОПЦ-агенты,содержащиевсвоемсоставеэлектроноакцепторную Z-группу, могут быть подвержены реакциям ДильсАльдера с подходящими диенами [69, 138] (реакция 12). Полученные такимобразом продукты имеют на конце макромолекул двойную связь и могут бытьиспользованы в качестве макромономеров для синтеза блок-, привитых,звездообразных и сетчатых полимеров [69].***Таким образом, несмотря на активное применение и популяризациюконтролируемых радикальных процессов по методу обратимого ингибирования иполимеризацииспереносоматома,запоследниелетдесятьименнополимеризация по механизму обратимой передачи цепи (ОПЦ) стала наиболеемощным и универсальным подходом для синтеза блок-сополимеров заданноймолекулярной массы и узкими коэффициентами полидисперсности.

Более широкая30адаптация и распространение данного метода в химии полимеров может бытьобъяснена рядом преимуществ этого процесса по сравнению с другими методамиконтролируемой радикальной полимеризации среди которых: более высокаятолерантность многих функциональных мономеров к условиям данногопроцесса; промышленная доступность многих агентов обратимой передачицепи, относительно простой синтез их более экзотических структур,необходимых в крайне сложных и редких случаях; протекание процесса притех же температурах, что и классическая радикальная полимеризация;контролируемый синтез сополимеров вплоть до глубоких конверсий удаетсяосуществлятьвширокоминтервалесоставамономерныхсмесей;возможность получения большого разнообразия сложных макромолекулярныхархитектур, что лежит в специфике и многообразии агентов обратимойпередачицепи;простойподходвосуществленииконтролируемойэмульсионной полимеризации; многочисленные возможности модификацииактивной группы агента обратимой передачи цепи в полученных полимерах,вплоть до ее легкого удаления, что дает перспективные возможностииспользованияполученныхпродуктоввмедицине,зеленойхимии,косметической промышленности, оптоэлектроннике [117].1.3 Методы получения мультиблок-сополимеровПолучение мультиблок-сополимеров может быть осуществлено тремяразличными подходами.Наиболееполиконденсациитрадиционныйтелехелатныхметод–этополимеров,использованиесодержащихпроцессовнаконцахфункциональные группы.

Недостаток данного метода – это низкий контрольмолекулярно-массового распределения полученных продуктов, а так же, чащевсего они характеризуются нерегулярным чередованим блоков, конечныепродукты композиционно-неоднородны [140-142].Второй подход заключается в использовании методов контролируемыхсвободно-радикальных процессов и последовательного введения мономеров вполимеризацию [143-147]. Полученные продукты композиционно однородны,хороший контроль количества блоков и их четкой последовательности вчередовании.31Третья стратегия  относительно новое направление, но она подразумеваеттак же использование методов контролируемых радикальных процессов, однако вкачестве инициатора используются не моно и бифункциональные агенты, амультифункциональные агенты, несущие более чем 10 инициирующих центров[148-158].

Таким образом, в принципе, данный подход может дать возможностьполучать мультиблок-сополимеры с количеством блоков 20 и более всего лишь задве стадии последовательного добавления мономеров. Однако недостатки данногометода проявляются, во-первых, в том, что полученные конечные продуктыхарактеризуются высокими коэффициентами полидисперсности, а, во-вторых,количествоблоковоказываетсянижепредполагаемого,т.е.количестваинициирующих групп в исходном низкомолекулярном агенте, вследствиирадикальных миграций активного центра по ходу процесса полимеризации.Таким образом, комбинируя преимущества ОПЦ-полимеризации в синтезеблок-сополимеров по сравнению с другими методами свободно-радикальныхпроцессов дает надежды на получение мультиблок-сополимеров с заданнымихарактеристиками.Синтез мультиблок-сополимеров методом ОПЦ-процесса осуществляется сиспользованием трех основных стратегий [69].Наиболее традиционный подход включает взаимодействие телехелатныхполимеров, которые содержат подходящие концевые группы и соответсвенномогут взаимодействовать друг с другом по принципу click-chemistry.

С помощьютакого подхода были синтезированы биодеградируемые мультиблок-сополимерына основе N-(2-гидроксипропил)метакриламида, который является наиболее частоиспользуемым водорастворимым и биосовместимым компонентом в сополимерах,используемых в качестве носителей противораковых лекарств, таких как напримердоксорубицин [159-161]. В качестве агента обратимой передачи цепи былиспользован дитиобензоат 4-цианопентановой кислоты.

В настоящих работахосновная задача заключалась в получении конечного продукта четко заданноймолекулярной массы и с четко заданнами длинами отдельных блоков, так как вряду работ было показано, что чем больше молекулярная масса поли(N-(2гидроксипропил)метакриламида), тем эффективнее происходит его накопление вклетках опухоли, а соответсвенно увеличивается терапевтическая эффективность в32целом [162]. При этом сам по себе высокомолекулярный небиодеградируемыйполи(N-(2-гидроксипропил)метакриламид) может откладываться в клетках разныхорганов и соответственно оказывать токсический эффект, приводящий кклеточному апоптозу.