Синтез и исследование полимеров с разветвленными боковыми

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи
АЛЯБЬЕВА Виктория Петровна
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ С РАЗВЕТВЛЕННЫМИ
БОКОВЫМИ ЗАМЕСТИТЕЛЯМИ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ
АМИНОКИСЛОТ
Специальность 02.00.06 — высокомолекулярные соединения
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Санкт-Петербург
2009
www.sp-department.ru
Работа выполнена на кафедре химии высокомолекулярных соединений химического
факультета Санкт-Петербургского государственного университета
Научный руководитель:
доктор химических наук, профессор
Билибин Александр Юрьевич
Официальные оппоненты:
доктор химических наук, профессор
Власов Геннадий Петрович
кандидат физико-математических наук, доцент
Полушин Сергей Георгиевич
Ведущая организация:
Санкт-Петербургский государственный технологический
университет растительных полимеров
Защита состоится «26» ноября 2009 г. в 15 часов на заседании совета Д 212.232.28 по
защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском
государственном университете по адресу: 199004, г. Санкт-Петербург, Средний пр., д.
41/43, ауд. БХА.
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. А.М. Горького СанктПетербургского государственного университета (199034, г. Санкт-Петербург,
Университетская наб., д. 7/9).
Автореферат разослан «_____» _октября_ 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
/Хлебников А.Ф./
2
www.sp-department.ru
Актуальность темы. В последние десятилетия синтетические и гибридные
полимеры привлекают внимание химиков, биологов, медиков как средства доставки
лекарственных веществ, энтеросорбенты и т.д. Особый интерес связан с полимерами,
макромолекулы которых частично или полностью построены из структурных элементов,
составляющих цепи природных биополимеров, например, аминокислотных звеньев,
гликозидных фрагментов и др. Синтез и исследование свойств полимеров, в состав
которых входят как единичные звенья природных аминокислот, так и их
последовательности, является актуальной задачей, лежащей на стыке химии
высокомолекулярных соединений и биологической химии.
Использование трифункциональных природных аминокислот открывает широкие
возможности конструирования макромолекул сложной архитектуры с прогнозируемой
функциональной ролью. Особенностью таких аминокислот (лизина, аспарагиновой и
глутаминовой и др.) является их способность формировать макромолекулы как линейного,
так и разветвленного строения (в том числе и дендримеры). Известны и хорошо изучены
разнообразные структуры на основе лизина, несущие аминогруппы на периферии.
Следует отметить, что, по сравнению с линейными аналогами, полимеры с
разветвленными заместителями часто менее токсичны. В ряде случаев они эффективнее
взаимодействуют с целевыми объектами за счет более высокой плотности
функциональных групп на «периферии» макромолекулы, а также их доступности.
Природные аминодикарбоновые кислоты (аспарагиновая и глутаминовая)
позволяют создавать разветвленные структуры, которые (в отличие от лизиновых) несут
периферические карбоксильные группы. Однако синтезу и исследованию полимеров с
такими заместителями посвящено сравнительно небольшое количество работ.
Цель диссертационной работы состоит в создании подходов к синтезу
разветвленных (в том числе дендронизованных) полимеров с различными основными
цепями, несущих заместители на основе L-аспарагиновой кислоты (L-Asp) и установление
влияния структурных элементов на физико-химические свойства полимеров и
конформационные свойства их макромолекул. Данная цель достигается решением
следующих задач:
• модификацией разработанных ранее методов синтеза дендронизованных
полимеров с заместителями на основе природных аминокислот применительно к
акриловому полимеру с дендроном третьей генерации на основе L-Asp;
• разработкой подходов к синтезу акриловых полимеров с боковыми заместителями
на основе одного фрагмента L-Asp с концевыми группами различной природы;
• разработкой методов синтеза разветвленных полимеров, макромолекулы которых
состоят исключительно из природных аминодикарбоновых кислот;
• изучением влияния природы основной цепи макромолекул, объема боковых
заместителей, наличия жесткого спейсера, типа периферических групп на степень
полимеризации образующихся полимеров, их физико-химические свойства, а
также конформационные свойства макромолекул.
Научная новизна. Впервые был получен дендронизованный полимер с основной
полиакриловой цепью и дендронами третьей генерации на основе L-Asp, макромолекулы
которого несут восемь периферических функциональных групп в каждом мономерном
звене. Синтез осуществлен радикальной полимеризацией мономера, в котором дендрон с
внешними гексилоксикарбонильными фрагментами отделен от полимеризующейся
группы жестким бензамидным спейсером.
3
www.sp-department.ru
Предложенный в работе способ синтеза полимеров, основная и боковая цепи
которых построены исключительно из остатков природных аминодикарбоновых кислот,
методом полимеризации N-карбоксиангидридов является первым примером прямого
получения таких объектов из сложных мономеров, уже имеющих заместитель — другую
аминокислоту.
Впервые методом радикальной гомополимеризации получены и исследованы
регулярные амфифильные полимеры с основной полиакриловой либо поли-αглутаминовой цепью и боковыми заместителями на основе L-Asp, которые несут в каждом
мономерном звене ионогенную группу и длинный алифатический радикал.
Практическая значимость работы. Разработанные в работе подходы к синтезу
разветвленных макромолекул, частично или полностью построенных из остатков
природных аминокислот, могут быть использованы для направленного получения
сложных объектов с заданными свойствами. Простота предложенных методов синтеза
полимеров, основная и боковая цепи которых построены исключительно из остатков
природных аминодикарбоновых кислот, а также разветвленных полимеров, содержащих в
структуре бокового заместителя и гидрофильный, и гидрофобный фрагменты, позволяет
прогнозировать их перспективность. В работе получена информация о взаимосвязи между
природой основной цепи, наличием и природой спейсера, типом периферических групп и
способностью мономеров к полимеризации, а также между физико-химическими
свойствами полимеров и конформацией их макромолекул.
Положения, выносимые на защиту
1. метод синтеза N-карбоксиангидридов, несущих присоединенные амидными
связями заместители, являющиеся производными аминокислот;
2. подход к синтезу разветвленных полимеров, целиком построенных из природных
аминокислот (методом полимеризации N-карбоксиангидридов);
3. способ синтеза и результаты исследования термодинамических, структурных и
конформационных свойств амфифильных разветвленных полимеров, содержащих
гидрофильный и гидрофобный фрагменты в каждом мономерном повторяющемся
звене;
4. результаты исследования конформационных свойств дендронизованных
полимеров, внутренняя сфера которых, построенная из остатков L-аспарагиновой
кислоты, содержит группы, способные к образованию водородных связей;
5. установленные закономерности влияния структурных элементов разветвленных
макромолекул на ряд физико-химических свойств полимеров.
Личный вклад автора состоит в активном участии в формулировке цели, задач и
выводов данной работы, в непосредственном получении экспериментальных данных,
вошедших в текст диссертации, выработке методологии исследования и интерпретации
полученных результатов.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы представлялись на
международных и российских конференциях и симпозиумах: "Современные тенденции
орг. химии", Санкт-Петербург, июнь 2004 г.; "Modern Trends in organoelement and polymer
chemistry" Moskow, Russia, INEOS, June, 2004; "Современные тенденции в орг. синтезе и
проблемы химического образования", Санкт-Петербург, июнь 2005 г.; European Polymer
Congress, Moskow, June 2005; "Mol. Mobility and Order in Polymer Systems" SaintPetersburg, Russia, June 2005; Четвертой Всероссийской Каргинской конференции "Наука о
полимерах 21-му веку ", Москва, январь 2007; Третьей Санкт-Петербургской конференции
молодых ученых «Современные проблемы науки о полимерах», Санкт-Петербург, Россия,
4
www.sp-department.ru
апрель 2007 г.; 6th Int. Symposium, St. Petersberg, Russia, June 2008 г; «Основные тенденции
развития химии в начале XXI века», Санкт-Петербург, апрель 2009 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, тезисы 12 докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора
литературных данных по синтезу и применению разветвленных полимеров,
синтезированных, в том числе, и с использованием природных аминокислот, обсуждения
результатов исследования, экспериментальной части, выводов, приложений и списка
цитируемой литературы. Работа изложена на 150 страницах и включает 51 рисунок, 8
схем, 17 таблиц и 3 приложения. Список литературы содержит 157 наименований.
Основное содержание работы
Общим признаком представленных в данной работе полимеров является наличие в
боковой цепи каждого мономерного звена заместителя на основе L-Asp. Всех их можно
разделить на две группы: полимеры, у которых и основные, и боковые цепи построены из
природных аминодикарбоновых кислот, а также виниловые полимеры с аналогичными
звеньями в боковых цепях.
1. Дендронизованная полиакриловая кислота (ПАК)
Ранее на кафедре ВМС СПбГУ были синтезированы акриловые полимеры с
дендронами на основе L-Asp c периферическими метоксикарбонильными группами.
Дендроны присоединялись амидной связью либо непосредственно к полимерной цепи [4],
либо через жесткий спейсер – остаток 4-аминобензойной кислоты [5]. Для обеих серий
степень полимеризации продуктов с дендронами первой генерации составила  < 1000,
для второй генерации она уменьшалась в несколько раз. Лишь короткие олигомеры с
дендронами третьей генерации были получены из мономеров со спейсером в условиях
вещественного инициирования и мономеров без спейсера в условиях радиационной
полимеризации ( = 4–6). В данной работе был осуществлен синтез и исследован процесс
полимеризации акриловых мономеров, несущих дендроны третьей генерации с
периферическими гексилоксикарбонильными группами.
1.1. Синтез мономеров и полимеров с гексилоксикарбонильными периферическими
группами дендронов
Синтез разветвленного заместителя D3(OC6H13) осуществляли конвергентным
способом, исходя из Вос-аспарагиновой кислоты и ее дигексилового эфира. Синтез
мономеров осуществляли по схеме 1. Методики аналогичны разработанным ранее [1, 2, 3].
Полимеризацию проводили с
CH
CH
2 TEA
O M (OC H )
O + HCl Dn
вещественным
Dn
Cl
инициированием (динитрил
CH
NH
CH
CH
азобисизомасляной кислоты –
O
O
O
CH
Na CO
NH
PfpOH, DCC
NH HCl D , TEA
ДАК), при 60°С в различных
NH
O +
CHCl /H O
Cl
растворителях.
COOH
Концентрация мономера 20%
C
O
вес. Максимальная конверсия
C
O
COOH
мономера
без
спейсера
Dn
O
Схема 1: Синтез мономеров с
М3(OC6H13) составила 20%.
F
M (OC H )
непосредственным присоединением F
Тот факт, что в этом случае не
дендронов к полимеризующейся
F
F
группе (сверху) и с жестким
удалось достичь даже тех
F
бензамидным спейсером (снизу)
невысоких
степеней
полимеризации, как для их метоксикарбонильных аналогов, по-видимому, связан с
увеличением экранирования двойной связи возросшим по объему заместителем.
2
2
n
2
2
2
2
6
13
2
2
3
3
n
2
1
n
5
www.sp-department.ru
6
13
Максимальная степень полимеризации
Р 3(OC6H13) при проведении реакции в ДМСО
C
O
составила 46 ( = 7.7×104, определено в ИВС
NH
РАН методами седиментации и диффузии;
значение  усреднено по двум методам,
[η]хлороформ25°С = 0.16 дл/г). Это превышает
A
C
O
значение,
полученное
для
аналога
с
NH
O
метоксикарбонильными группами, на порядок.
O
Таким образом, замена периферических групп
NH
NH
O
дендронов
позволила
создать
молекулы,
O
O
O
NH
состоящие
из
«частей»,
существенно
O
NH
O
NH
OC H
отличающихся по полярности: разветвленной
OC H
NH
O
O
внутренней полиамидной области дендрона и
O
OC H
B
O
OC H
OC H
O
OC H
алифатической «периферии» (рис. 1 А и В). В
O OC H
OC H
растворителе (в данном случае, ДМСО),
1
селективном для одной из «частей» молекулы
Рис. 1. Структура Р 3(OC6H13)
мономера,
происходит
компактизация
поверхностных алифатических фрагментов и сольватация внутренней амидной сферы
дендрона. Это, возможно, способствует дополнительному взаимодействию молекул
мономера между собой и с растущими цепями полимера по сравнению с аналогичными
мономерами с метилоксикарбонильными группам. Данный эффект был явно выражен
только для мономеров с дендронами третьей генерации Жесткий спейсер уменьшил
стерические затруднения у полимеризующейся группы и повысил жесткость основной
цепи [2]. В результате впервые удалось получить линейный дендример, «тело» которого
построено из остатков аспарагиновой кислоты, имеющий на «поверхности» 8
функциональных групп в расчете на мономерное повторяющееся звено.
1.2. Исследование дендронизованных мономеров и полимеров методом ИКспектроскопии
ИК-спектры в разбавленных растворах хлороформа (4 мг/мл) мономеров и
полимеров как со спейсером, так и без него [1, 4] показали, что с ростом генерации
дендрона интенсивность водородного связывания NH-групп в мономерах увеличивается.
Для полимеров она достигает 100% уже для второй генерации независимо от природы
периферических групп. Такие результаты свидетельствуют о высокой компактизации
внутренней сферы дендронизованных полимеров в малополярном растворителе.
1.3. Конформационное поведение Р13(ОС6Н13)
Все исследования поведения макромолекул в растворе были выполнены методами
гидродинамики и оптики в ИВС РАН и на кафедре физики полимеров СПбГУ. Для
полимера Р13(OC6H13), в отличие от исследованных ранее полимеров с боковыми
дендронами первой Р11(OC6H13) и второй Р12(OC6H13) генераций [5], характерны крайне
низкие (меньше 0.5) показатели степени в выведенном на основе экспериментальных
данных уравнении Марка-Куна-Хаувинка: [η] = 1.09 × М0.24. Это говорит о том, что
макромолекулы полимера Р13(OC6H13) компактны, обладают малой асимметрией формы и
близки к «истинным» сферическим дендримерам. Причинами, по-видимому, являются
небольшие степени полимеризации (10 – 45), а также преимущественная ориентация
боковых дендронов концевых мономерных звеньев вдоль основной молекулярной цепи
[6]. Как и для аналогов Р1n(OCH3) в хлороформных растворах ориентация макромолекул в
гидродинамических и электрических полях происходит по крупномасштабному
CH2
CH
1
n
6
6
13
13
6
6
6
13
6
13
6
6
13
13
13
13
6
www.sp-department.ru
механизму. При переходе к ДХУК, разрушающей водородные связи, кинетическая
гибкость полимерных цепей растет [5].
Проведенные исследования показали, что у всех полиакрилатов с разветвленными
заместителями на основе L-Asp существуют внутримолекулярные водородные связи как
внутри дендронов, так и между ними, причем степень связывания максимальна уже для
второй генерации, что определяет конформационное поведение полимеров [1, 4].
Введение на «периферию» макромолекул гексильных фрагментов вместо метильных
приводит к незначительным изменениям свойств полимеров, которые становятся более
выраженными только при большом содержании фрагментов другой природы.
2.
Полиакриловая
кислота,
несущая
заместители
с
длинными
алифатическими фрагментами («гребнеобразные» полимеры)
Получение амфифильных (и дифильных) полимеров, содержащих в структуре
боковых заместителей не только остатки аминокислот, но и длинные алифатические
радикалы, было второй задачей, поставленной в данной работе.
CH2
CH
C
n
CH2
O
CH
CH2
n
O
C
C
NH
NH
CH
C
1
P
NH
NH
C16H33
CH
COOCH3
CH2
O
C
n
O
O
COOCH3
CH
C
CH2
C
NHC16H33
O
NH
NH
C16H33
C16H33
P Hexd
O
C
P1Hexd
CH2
CH
NH
O
C
O
O
NH
CH
C
CH2
n
P Hexd 2
NH
C16H33
Рис. 2. Структуры «гребнеобразных» полимеров
В полимерах данного ряда длинные гексадециламидные остатки отделены от
основной цепи фрагментами 4-аминобензойной кислоты [Р1], аспарагиновой кислоты
[Р(Hexd) и Р(Hexd)2] или их последовательностью [Р1(Hexd) и Р1(Hexd)2]. Таким образом
они являются аналогами (кроме Р1) полимеров Р1(OCH3) [1] и Р11(OCH3) [2], а также
напоминают по строению классические гребнеобразные полимеры.
2.1. Синтез «гребнеобразных» мономеров и полимеров
Синтез мономеров проводили по схеме 1. М(Hexd) и М1(Hexd) получали исходя из
β-метилового эфира аспарагиновой кислоты. М(Hexd)2 и М1(Hexd)2 — из Восзащищенной L-Asp. Гексадециламин присоединяли, активируя карбоксильную группу
соответствующего производного L-Asp дициклогексилкарбодиимидом (ДЦГК).
Если не указано иначе, радикальную полимеризацию мономеров с одним
алифатическим фрагментом М1, М(Hexd), М1(Hexd) осуществляли в растворе в
вакуумированных ампулах с вещественным инициированием (ДАК, 3 мольн. %) при 60ºС
в течение 72 часов.
Как правило, увеличение концентрации способствует росту молекулярной массы
полимеров. При полимеризации М1(Hexd) в ГМФТА (образцы 6, 7, 8), где удалось достичь
концентрации, близкой к 1 моль/л, степень полимеризации, судя по характеристической
вязкости, проходит через максимум. Такой эффект наблюдается при полимеризации
дендронизованных мономеров.
7
www.sp-department.ru
Таблица 1: Результаты полимеризации «гребнеобразных» мономеров
РаствоСмон,
Выход,
[η]хлф25°С,
[η]бензол
Полимер
№
25°С
ритель
моль/л
%
дл/г
, дл/г
1
Р
1
ТГФ
0.33
80
0.37
—
Р(Hexd)
2
0.50
77
0.54
0.29
бензол
3
бензол*
0.52
77
0.28
0.16
▲
0.40
100
не растворим 0.55
4
ДМСО
1
Р (Hexd)
5
ДМСО
0.44
59
0.17
—
6
0.53
53
0.20
—
ГМФТА
7
0.70
69
0.36
—
0.98
93
0.11
8
—
♦
Р(Hexd)2
9
0.34
78
0.07
—
декалин
* – инициатор перекись бензоила (ПБ), 75°С;
инициатор ПБ, 65°С.
▲

210
40
– время проведения полимеризации 15 часов; ♦ –
Из-за плохой растворимости мономеров с двумя алифатическими группами и их
склонности к образованию гелей, полимеризацию удалось провести только в декалине в
токе аргона без вакуумирования (инициатор ПБ, 3 мольн. %, 65°C) при максимально
достижимой концентрации мономеров. Эти особенности обусловили получение образцов
Р(Hexd)2 с весьма невысокой молекулярной массой [η] = 0.07 дл/г. При полимеризации
М1(Hexd)2 конверсия не превышала 50%. Таким образом, успешно удалось провести
полимеризацию только для мономеров с одним алифатическим фрагментом. Для
дальнейших исследований использовали образцы 1, 2, 6, 9 (см. табл. 1).
2.2. Растворимость «гребнеобразных» полимеров в широком спектре
растворителей и их способность к гелеобразованию
Оценка влияния структурных элементов макромолекулы на эти свойства показала
что, как и для ранее изученных полимеров аналогичного строения с D1(OCH3) и
D1(OC6H13) [1, 4], у полимеров, содержащих длинные алифатические фрагменты:
1. введение жесткого спейсера ухудшает растворимость во всех случаях;
2. увеличение вклада водородно-связанной внутренней сферы, содержащей амидные
группы, ухудшает растворимость;
3. против ожидания практически не улучшается растворимость в малополярных
растворителях и мало изменяется растворимость в полярных;
Таблица 2: Растворимость и условия образования гелей полимерами
РаствоР(Hexd)
Р1(Hexd)
Р(Hexd)2
Р11(ОСН3)
Р
Р1
ритель
+
–
+
+; конц.
Т; ↓
ТГФ
гексан
T; н. гель
додекан
декалин
Т; н. гель
+; при охл.
вязкий
толуол
о-ксилол
октанол
Т
р-р гель
–
–
–
Ткип .разб;
гель
Т;
гель
T; конц
р-р гель
T; конц.
р-р,
4° гель
Т
–
–
Т; ↓
–
–
–
–
–
+
Т
Т; ↓
Т; конц. р-р
н. гель
+
+
Т
Т
–
8
www.sp-department.ru
+; конц. р-р
гель
Т
Ткип.разб,
гель
–
Т
Р – полигексадецилакриламид; н. гель – необратимый гель; о. гель – обратимый гель; + – растворяется; Т –
растворяется при нагревании; — не растворяется; разб. – менее концентрированный раствор (∼ 10 мг/мл);
конц. – более концентрированный раствор (∼ 100 мг/мл); ↓ – выпадает при охлаждении.
По сравнению с классическими гребнеобразными полимерами:
1. все полимеры, содержащие в структуре гибкий разветвляющийся фрагмент —
остаток L-Asp — плохо образовывали гели;
2. различие в длине алифатического фрагмента значения не имело (Р11(ОСН3) и
Р1(Hexd)), что свидетельствует об отсутствии упорядочения боковых цепей.
Причиной может быть образование между фрагментами L-Asp водородных связей.
2.3. Исследование «гребнеобразных» полимеров методом ИК-спектроскопии
В ИК-спектрах полимеров Р1 и
-1
ИК: ν (см )
Р(Hexd) (раствор в хлороформе, 4
вал
вал
Полимеры С=О
NH
мг/мл) полоса NH-групп, не связанных
водородными связями, в интервале
P
1650пл
3320 (инт 70%)
3400–3450 см-1 практически исчезает,
1660
3450 (инт 30%)
но наблюдается интенсивная полоса с
P1
1630 (CON)
3300 (инт 95%)
максимумом в интервале 3280–3320 см1
1680пл (CON) 3450пл (инт 5%)
, отвечающая NHвалН-СВЯЗ. Полоса при
3450
см-1
кроме
Р(Hexd)
1660 (CON)
3280 (инт 95%)
полигексадецилакриламида
1740 (COO)
3430пл (инт 5%)
сохраняется только у Р1(Hexd). Ее
Р1(Hexd)
1640 (CON)
3300 (инт 75%)
интенсивность составляет в обоих
1660 (CON)
3440 (инт 25%)
случаях 25 – 30%.
1740 (COO)
Сравнение
«гребнеобразных»
полимеров и полимеров с более
Р1(ОСН3)
1677
3350 (инт 100%)
короткими периферическими группами
1735
показало, что для Р(Hexd) и Р1(ОСН3)
Р11(ОС6Н13) 1650 (CON)
3327 (инт 70%)
практически все амидные фрагменты
1733 (COO)
3425 (инт 30%)
участвуют в водородном связывании, в
то время как для P1(Hexd) и
Таблица 3: Результаты исследования
Р11(ОС6Н13) — около 70 – 75%.
«гребнеобразных» полимеров методом ИКспектроскопии
Эти данные показывают, что:
1. жесткий спейсер затрудняет водородное связывание боковых фрагментов;
2. длинные алифатические фрагменты не оказывают влияния на интенсивность
водородного связывания и не изменяют конформацию основной цепи полимеров;
3. высокая склонность фрагментов L-Asp к образованию водородных связей определяет
конформационные свойства «гребнеобразных» полимеров.
Сравнение полимеров Р(Hexd) и Р(Hexd)2 удалось провести только по спектрам в
таблетке и пленке. Было обнаружено, что в конденсированном состоянии все амидные
группы полимера Р(Hexd) связаны, а у Р(Hexd)2 около 35% их свободны. Таким образом,
появление второго алифатического фрагмента в структуре мономерного повторяющегося
звена полимера Р(Hexd)2 привело к ослаблению водородного связывания. Чтобы
установить, способствует ли такое ослабление у полимеров Р1(Hexd) и Р(Hexd)2
упорядочению гексадецильных радикалов, было предпринято дальнейшее исследование.
2.4. Исследование «гребнеобразных» полимеров методами гидродинамики и оптики
9
www.sp-department.ru
Для макромолекул всех полимеров Р1, Р(Hexd), Р1(Hexd) и Р(Hexd)2, характерна
ярко выраженная ассоциация за счет локальных взаимодействий длинных алифатических
фрагментов. При разбавлении ассоциаты сохранялись в растворе. Для полимеров с одним
алифатическим фрагментом на мономерное звено эффективность этого взаимодействия
оказалась невысока и упорядочение «хвостов» не фиксировалось. Только для Р(Hexd)2
внутри ассоциата были обнаружены области с ориентационной упорядоченностью.
2.5. Исследование полимеров в методами дифференциальной сканирующей
калориметрии и диэлектрических потерь
Дисперсионное взаимодействие между боковыми углеводородными радикалами
гребнеобразных полимеров проявляется на термограммах ДСК в виде эндоэффекта,
который соответствует плавлению кристаллической микрофазы. Спектры релаксации
дипольной поляризации в этом случае фиксируют более одного кооперативного процесса.
Таблица 4: Результаты исследования полимеров методом ДСК*
Полимер
Процесс
1
P(Hexd) P1(Hexd) Р(Hexd)2 Р(Hexd)2 **
P
P
Плавление кристал39 (+ 13) 36 (+ 24)
48
лической микрофазы
(+ 45)
78 (+ 11)
Имидизация
210
219
(– 30)
(– 900)
не опре- > 260
деляли
Термическое
разложение
210
(– 190)
> 240
205
(– 490)
> 250
160
(– 33)
> 190
160
(– 47)
> 190
* – тепловые эффекты приведены в скобках и выражены в Дж/г;
** – после отжига при температуре 56°С в течение 2 часов.
Среди полимеров Р1, Р(Hexd) и
Р (Hexd) второй кооперативный процесс
наблюдался только для Р(Hexd) при 14°С и
P
Р1(Hexd) при 23°С. Метод РСА показал
отсутствие у них кристалличности. На
P (H e x d )
термограммах полимеров с фрагментом LAsp в боковой цепи отсутствовали пики
плавления,
а
также
не
удалось
t, C
зафиксировать
тепловые
эффекты,
Рис. 3. Кривые ДСК полимеров: 1) Р, 2) Р(Hexd)2
соответствующие
процессам
после отжига
расстекловывания
и
перехода
в
вязкотекучее
состояние.
Процесс
отдельного
плавления
микрофазы
закристаллизовавшихся алифатических фрагментов наблюдался только олигомера
Р(Hexd)2. Таким образом, в отличие от классических гребнеобразных полимеров, хотя
движение боковых групп достаточно независимо от основной цепи, но между ними
существуют только локальные взаимодействия.
Характерным для всех полимеров
R3
R3
R1
оказался
экзотермический
процесс,
C
протекающий до достижения температуры
C
C
R1
O ... HN
O
O
O деструкции.
Этот
экзоэффект
при
C
N
R2
повторном
нагреве
образца
не
HN
R2
R
воспроизводится, а сами полимеры теряют
Рис. 4. Имидизация
способность растворяться. В ИК–спектре
-1
образцов появляется полоса при 1700 см , характерная для валентных колебаний С=О
1
относительные единицы
50
40
30
20
2
10
0
20
40
60
80
100
10
www.sp-department.ru
связей в имидных группах. Данный факт можно объяснить процессом имидизации,
который может иметь как внутримолекулярный, так и межмолекулярный характер [7].
Образованию имидов, по-видимому, способствует сближение амидных групп за счет
водородного связывания.
Проведенные исследования указывают на аморфность полимеров P1, P(Hexd) и
P1(Hexd) и отсутствие у них системного упорядочения длинных алифатических
фрагментов. Установлено также, что наличие способного к образованию водородных
связей остатка L-Asp в боковой цепи препятствует самоорганизации длинных
алифатических фрагментов, появление второго фрагмента приводит к появлению слабой
склонности к их упорядочению.
3. Поли-α-глутаминовая кислота с заместителями на основе аспарагиновой
кислоты (в боковой цепи)
Получение полиаминокислот, боковые цепи которых содержали бы звенья
трифункциональных аминокислот или разветвленные структуры на их основе, является
одной из наиболее сложных синтетических задач, поставленных в настоящей работе.
3.1. Синтез NCA
Ранее методом поликонденсации предварительно синтезированных димеров нам
удалось получить поли-γ-глутаминовую кислоту с дендронами 1 и 2 генераций на основе
L-Asp. В результате чрезвычайно трудоемкого синтеза были выделены олигомеры.
Степень полимеризации для П-γ-ГК с D1(OCH3) составила 16-18 [8].
Для получения полимеров на основе поли-αO
OMe
O
глутаминовой кислоты было решено использовать метод
O
полимеризации N-карбоксиангидридов (NCA). В каждом
N
O
мономерном звене такого полимера по γ-карбоксильной
H
NH
группе амидной связью присоединен заместитель —
O
OMe
O
остаток диметилового эфира L-Asp.
Рис. 5. NCA с D1(OCH3).
Основной проблемой при синтезе NCA из
соединений, которые уже содержат амидные связи, является побочная реакция. Она идет
со всеми стандартными реагентами, используемыми при синтезе NCA (фосгеном,
трифосгеном, оксалилхлоридом и др.)
Cl3CO
H
N
*
OCCl3
O
*
*
O
O
+
+
H Cl
N
*
- CO2
O
H Cl
N
*
*
Cl
50 - 60 0C
- HCl
N
*
Cl
Cl
Схема 2: Побочная реакция амидных связей с трифосгеном в синтезе NCA.
Мы исследовали возможности получения таких NCA, исходя как из свободной, так
и N-защищенной глутаминовой кислоты. Синтезировать NCA удалось только исходя из
замещенной Вос-глутаминовой кислоты (II) [9].
BocGlu(OH)2
DCC
DCC, PfpOH, HAsp(OMe)2
DCHA
1) BzlOH, DCHA;
2) citronic acid
BocGlu(O)2O
H2, Pd/C
BocGlu( α -OBzl)( γ -D1)
BocGlu(α -OH*DCHA)( γ -D1)
BocGlu(α -OBzl)( γ -OH)
BocGlu( α -OH)( γ -D1) (II)
Схема 3: Синтез исходных
соединений для получения NCA
(III)
11
www.sp-department.ru
*
Ниже приведены предложенные нами удачные методы синтеза. Использование
этилацетата в качестве растворителя препятствовало побочной реакции полимеризации,
которая часто снижает выход NCA.
3.1.1. Реакция соединения (II) с трифосгеном
Нам удалось свести к минимуму образование побочных продуктов,
воспользовавшись реакцией, предложенной Wilder R., Mobashery Sh. [10] для эфиров Восзащищенных аминокислот, т.е. соединений, не содержащих амидных связей.
O
O
OCCl3
Cl3CO
(CH3)3C
H
N
O
O
O
O
(CH3)3C
NH
COOH
(II)
Et3N
O
- (CH3)3CCl, CO2
NH
O
O
COOCH3
N
H
O
H
N
O
HN
COOCH3
O
COOCH3
COOCH3
O
O
COOCH3
Cl
(IV)
Схема 4: Основная реакция в синтезе NCA с трифосгеном.
COOCH3
В нашей работе в отличие от литературной методики N-Boc-аминокислоту (II)
смешивали не с эквимолярными, а с двукратными количествами трифосгена (в расчете на
фосген) и триэтиламина (ТЭА). При этом один эквивалент фосгена участвовал в
образовании NCA. Второй эквивалент фосгена расходовался на побочную реакцию по
амидной связи. Первый эквивалент ТЭА катализировал образование NCA, а второй
разрушал продукт присоединения фосгена к амидной связи и препятствовал
необратимому образованию хлориминиевой соли.
Cl3CO
H
N
*
O
*
+
H Cl
N
OCCl3
O
*
O
*
O
Et3N
- Et2NCOCl, EtCl
H
N
*
*
O
Cl
Схема 5: Подавление побочной реакции амидной связи с фосгеном в синтезе NCA.
Реакционная смесь содержала до 85 – 90% целевого продукта. После очистки был
получен NCA (IV) с выходом около 40%. Согласно Н1 ЯМР спектру вещество не
содержало никаких примесей, кроме следовых количеств гидрохлорида ТЭА. В спектре
NCA сохранилась неизменной интенсивность сигнала NH протонов амидной связи.
Исчезли сигналы CH (δ = 4.30 м.д.) и NH уретановой группы (δ = 5.63 м.д.) и появились
сигналы CH (δ = 4.42 м.д.) и NH (δ = 7.40 м.д.) кольца NCA. В ИК-спектре продукта
присутствовали полосы валентных колебаний С=О, характерных для NCA: 1860 и 1785
см-1 [10].
Существенным недостатком данного способа являлась фиксация реагента на двух
реакционных центрах. Поскольку реакция образования хлориминиевой соли из
интермедиата даже при комнатной температуре в этилацетате происходит очень быстро,
скорость добавления ТЭА оказывалась определяющей для соотношения продуктов
основной и побочной реакций. Ясно, что такой способ подходит только для опытов с
малыми количествами веществ.
3.1.2. Реакция дициклогексиламмонийной соли (III) с хлористым тионилом.
При синтезе NCA по методу Лейкса реакция проходит через промежуточное
образование галогенангидридов аминокислот с уретановой защитой аминогруппы.
Циклизация хлорангидридов Вос-защищенных аминокислот, в отличие от Z-аминокислот,
12
www.sp-department.ru
происходит уже при температуре выше -30ºС и выделить их не удается. В литературе
имеются также данные о синтезе галогенангидридов из ДЦГА-солей карбоновых кислот в
мягких условиях.
При синтезе NCA (IV) из соединения (Ш) ДЦГА одновременно активировал
карбоксильную группу, обеспечивая быструю реакцию с хлористым тионилом, и
практически количественно связывал выделяющийся в ходе реакции HCl. Последнее
необходимо для предотвращения побочной реакции снятия Вос-защиты.
SOCl2
O
Boc
HN
O
NH
*
NH
OH
- SO2 - HCl * NH
COOCH3
O
O
O
Boc
HN
O
COOCH3
NH
Cl
- t-BuCl
COOCH3
COOCH3
(III)
O
N
H
O
(IV)
HN
COOCH3
Схема 6: Получение NCA из ДЦГА-солей Вос-защищенных производных аминокислот.
COOCH3
Н1 ЯМР-спектр реакционной смеси показал образование 85 – 90% NCA и
отсутствие побочных реакций. По выходу целевого продукта этот метод синтеза
сопоставим с получением NCA с трифосгеном и ТЭА, но является более удобным и
надежным. Таким образом, в результате проведенного исследования нам удалось
разработать метод, позволяющий получать в мягких условиях N-карбоксиангидриды
соединений, содержащих в своей структуре амидные связи.
3.2. Синтез П-α-ГК с D1(OCH3)
Серию сравнительных опытов по исследованию влияния
O
растворителя и инициатора на степень полимеризации провели на
NH
n
одном образце NCA (IV), полученном из ДЦГА-соли без
дополнительной очистки. Полимеризацию осуществляли при
комнатной температуре, концентрации NCA — 3%, в течение 7 суток.
O HN O
Анализ результатов показал, что протекание реакции
O
полимеризации по аминному механизму (образцы 6, 7.1, 7.2) и по
MeO
активированного мономера (МАМ) в полярных
OMe механизму
растворителях (образцы 3, 4) не позволяют получить образцы с
Рис. 6. Строение
характеристической вязкостью более 0.1 дл/г. Полимеризацией по
П-α-ГК с D1(ОСН3)
МАМ в малополярных растворителях (образцы 1, 2, 8.1, 8.2) были
синтезированы наиболее высокомолекулярные образцы с вязкостью 0.14 – 0.16 дл/г (в
ДХУК). Сравнение эффективности разных инициаторов – ТЭА, метилата натрия и
бутиламина – позволило заключить, что при прочих равных условиях наилучших
результатов по степени полимеризации удается достичь с ТЭА (образцы 2, 5, 6).
Полимеризацию тщательно очищенного NCA (IV) провели в системе
хлороформ/ТЭА (№ 8.1–8.2 в таблице 6) и получили полимер с наибольшей молекулярной
массой. Аномально высокие значения вязкостей в чистом хлороформе связаны с
образованием агрегатов в этом растворителе. Доказательством склонности к
агрегатообразованию является формирование обратимого геля через 3 часа после
образования раствора. Добавление ТФУК (разрушающей агрегаты) к образцу 8.2 привело
к уменьшению характеристической вязкости в 6 раз (0.25 дл/г).
13
www.sp-department.ru
Таблица 5: Результаты* полимеризации NCA (IV).
РаствоИници[η]ДХУК 25 °C
№
M/I
ритель
атор
дл·г-1
Выход,
%
n♦
1
хлороформ
ТЭА
100 : 1
0.16
73
2
диоксан
ТЭА
100 : 1
0.14
85
22
3
ДМФА
ТЭА
100 : 1
0.10
70
19
4
ДМСО
ТЭА
100 : 1
5
диоксан
MeONa
100 : 1
0.11
92
6
диоксан
BuNH2
100 : 1
0.06
30
хлороформ
BuNH2
100 : 1
0.07
70
400 : 1
0.11
93
50 : 1
0.51 ■
62
7.1
7.2
8.1
8.2
хлороформ
ТЭА
100 : 1
не растворим
1.48 ■
0.25▼
35
15
84
* – приведены наилучшие результаты, достигнутые для каждой системы;
■
– измерено в хлороформе; ▼ – измерено в хлороформ : ТФУК;
♦
– степень полимеризации по данным ГПХ в ацетатном буфере (0.3М, рН = 6.6) с полиэтиленоксидными
стандартами. Использованы образцы, полученные после гидролиза. ММР = 1.1 во всех случаях.
Перед определением степеней полимеризации (n) был осуществлен гидролиз
сложноэфирных групп П-α-ГК с D1(OCH3) в растворе Ba(OH)2 с последующей обработкой
соли эквивалентным количеством серной кислоты [8]. В результате была получена
полиаминокислота, несущая две карбоксильные группы на каждое мономерное звено. H1
ЯМР-спектр продукта показал полное отсутствие остаточных сложноэфирных групп.
Сравнение степеней полимеризации П-α-ГК с D1(OH), приведенных в таблице 5, с
аналогичными данными для П-γ-ГК с D1(OH) [8] показало очень похожую картину.
Полученные методом поликонденсации предварительно синтезированных димеров
олигомеры П-γ-ГК с D1(OH) имели степени полимеризации 18-20 и ММР равное 1.16.
Такие близкие результаты, полученные при использовании столь разных способов
формирования полимерной цепи (анионной полимеризации и поликонденсации) могут
быть связаны с выпадением в обоих случаях олигомеров из раствора по достижении
критической молекулярной массы и прекращением роста их цепей.
Таким образом, метод полимеризации NCA успешно применим для синтеза
полимеров, у которых и основная, и боковые цепи построены из остатков природных
аминокислот. Кроме того, он существенно менее трудоемкий по сравнению с получением
таких полимеров методом поликонденсации димеров [8].
3.3. Изучение конформационного поведения П-α-ГК с фрагментом аспарагиновой
кислоты в боковой цепи.
Для изучения оптической активности полимеров были сняты спектры кругового
дихроизма в 0.4М NaCl в интервале длин волн 190 – 250 нм.
Из литературных данных [11] известно, что у П-α-ГК при увеличении рН от 3.5 до
7.1 изменяется характеристическая вязкость от 0.08 до 1.25, что соответствует переходу
спираль – статистический клубок. У синтезированных нами ранее образцов П-γ-ГК с
14
www.sp-department.ru
D1(OH) при увеличении рН вязкость и спектры КД не менялись. Следовательно П-γ-ГК с
D1(OH) при любом рН существует в конформации статистического клубка.
4
5
Рис. 7А. Литературные спектры кругового
дихроизма П-α-ГК [11] и экспериментальный
спектр П-γ-ГК с заместителем D1(OH) [8].
Рис. 7Б. Экспериментальные спектры
кругового дихроизма П-α-ГК с D1(OH)
«4» – П-α-ГК с D1(OH) при рН 3.5;
«5» – П-α-ГК с D1(OH) при рН 7.1.
«1» – П-α-ГК в конформации статистического
клубка;
«2» – П-α-ГК в конформации α-спирали.
«3» – П-γ-ГК с D1(OH) при рН 3.5 и 7.1.
У П-α-ГК с D1(OH) в щелочной среде спектр КД имеет вид, характерный для
полиаминокислоты, находящейся в конформации статистического клубка. При
уменьшении рН раствора вид спектра изменяется. Однако, картину, которую
демонстрирует по литературным данным П-α-ГК в конформации α-спирали (рис. 6 А)
обнаружить не удалось. Тем не менее, тот факт, что в точке экстремума происходит
изменение знака величины [Θ], свидетельствует о возможности частичной спирализации
молекул олигомеров.
Образование только частично спиральной конформации мы связываем с невысокой
степенью полимеризации и с особенностями использованной синтетической схемы,
которая включает стадию синтеза ангидрида Вос-защищенной глутаминовой кислоты
(схема 3). Известно, что использование ДЦГК в качестве активирующего карбоксильные
группы агента может сопровождаться рацемизацией. По-видимому, частичная
рацемизация происходит и в нашем случае. Наличие в основной цепи некоторого
количества D-звеньев может мешать образованию спиральных структур.
4. Поли-α-глутаминовая кислота, с заместителями на основе аспарагиновой
кислоты (в боковой цепи), несущая длинные алифатические фрагменты
Известно, что существует взаимовлияние
O
конформации основной цепи полимера и степени
O
C16H33
O
N
упорядочения длинных алифатических фрагментов.
N
H
H
Полиаминокислоты обладают полужесткой основной
O
COOCH3
NH (V)
цепью, для которой характерно образование вторичных
O
- CO2
структур. В свою очередь боковой заместитель может,
как создавать предпосылки для дополнительного
O
O
C16H33 взаимодействия длинных алифатических фрагментов,
N
так и препятствовать ему. Изучение способности П-αN
H
H
ГК с боковыми заместителями на основе L-Asp,
O
COOCH3
HN
несущими длинные алифатические фрагменты, к
n
самоорганизации на различных уровнях также являлось
целью настоящей диссертации. Данный полимер
Рис. 8. NCAHexd и его
n
полимеризация
15
www.sp-department.ru
является аналогом как P(Hexd) и P1(Hexd) (основная полиакриловая цепь заменена на
полипептидную), так и П-α-ГК с D1(ОСН3) (в структуру бокового заместителя по αкарбоксильной группе L-Asp введен длинный гексадециламидный фрагмент).
4.1. Синтез исходных соединений и NCAHexd
Синтез осуществляли по схеме 3. Заместитель получали исходя из β-метилового эфира LAsp и гексадециламина. NCAHexd получали через соответствующую ДЦГА-соль. Н1 ЯМР
реакционной смеси показал практически количественное образование NCAHexd и
отсутствие побочных реакций по обеим амидным связям. Исчезли сигналы CH (δ = 3.88
м.д.) и NH (δ = 5.72 м.д.) уретановой группы и появились сигналы CH (δ = 4.40 м.д.) и NH
(δ = 7.23 м.д.) кольца NCA. Выход чистого NCAHexd составил около 80%. Таким образом,
этот метод можно успешно применять для соединений, содержащих несколько амидных
связей в структуре.
4.2. Полимеризация NCAHexd
Полимеризацию NCAHexd провели в широком спектре растворителей в условиях,
разработанных ранее для NCA (IV). Практически во всех случаях образующийся в
процессе полимеризации П-α-ГК(Hexd) выпадал в осадок. Только в ТГФ сформировался
плотный однородный гель. Н1 ЯМР-спектр в смеси CDCl3/трифторуксусная кислота
показал, что образование полимера сопровождается исчезновением сигналов СН (δ = 4.38
м.д.) и NH протонов (δ = 7.23 м.д.) цикла NCA и появлением сигналов протонов основной
цепи полимера СН (δ = 5.4 м.д.) и NH (δ = 7.5 м.д.).
Таблица 6: Условия и результаты полимеризации NCAHexd.
Растворитель для
проведения полимеризации
ηприведенная (С = 0.74 г/дл)
ДХУК, 25°С
ТГФ *
Диоксан
Бензол
Ацетонитрил
0.12
Хлористый метилен / ДМФА
0.07 – 0.08
2/1
1/1
0.09
0.05
ДМФА
ДМСО
Хлороформ
0.05 – 0.03
Выход, %
48
67
60
66
67
69
51
88
56
* – [η] = 0.1 дл/г (ДХУК, 25°С), данный образец использовался для всех дальнейших исследований.
4.3. Исследование П-α-ГК(Hexd)
Для образца, полученного в ТГФ, было показано влияние способа выделения
полимера из реакционной смеси на его свойства. Сформировавшийся в ходе
полимеризации гель разделили на две части. Половину высушили до постоянного веса
при температуре 30 – 35°С (образец 1). Вторую половину осадили так же, как ранее
полиакриловые аналоги — добавлением избытка метанола, и отфильтровали
образовавшийся со временем порошок (образец 2).
На термограмме образца 1 в низкотемпературной области наблюдалось два
эндоэффекта с максимумами при 53.5ºС (∆Н = 39 Дж/г) и 73ºС (∆Н = 22 Дж/г). Они могут
быть обусловлены плавлением различных типов кристаллических микрофаз,
сформированных алифатическими фрагментами. Второй эндоэффект может быть также
связан с межмолекулярной перестройкой в образце.
16
www.sp-department.ru
Эндо ⇒
Термограмма образца 2 не
показала
выраженных
эндоэффектов до 100ºС, но в (∆Н
= –83 Дж/г), обусловленный
процессом имидизации [7]. Так же
как и ранее для полимеров
области 140 – 200ºС наблюдали
экзоэффект с максимумом 172ºС
Р(Hexd) и Р1(Hexd) (см. стр. 12) в
ИК–спектре прогретого образца
наблюдалось появление «плеча»
на полосе при 1700 см-1,
характерной
для
валентных
50
(1)
0
(2)
-50
0
Температура, С
-100
0
50
100
150
200
250
Рис. 9. Термограмма образца полимера П-α-ГК(Hexd),
выделенного высушиванием геля (1), термограмма
образца, выделенного осаждением в избыток метанола (2).
колебаний С=О связей в имидных группах.
Следовательно, ТГФ способствует упорядочению в процессе полимеризации
длинных алифатических фрагментов амфифильного полимера П-α-ГК(Hexd). При
высушивании геля уже сформированная отдельная микрофаза сохраняется. Добавление
метанола разрушает упорядоченную структуру, при этом часть амидных связей
сближаются в пространстве и взаимодействуют друг с другом. Доказательством является
существенное различие количества связанных водородными связями NH-групп в
образцах, определенное по ИК-спектрам: 60% в образце 1; 100% в образце 2.
Для подтверждения полученных данных был проведен РСА образца 1 полимера Пα-ГК(Hexd). Дифрактограмма показала наличие двух рефлексов, соответствующих
кристаллической фазе, при 2.863 и 2.0102Å, а также диффузного гало, соответствующего
аморфной фазе. Таким образом, образец 1 является аморфно-кристаллическим.
Упорядоченные области сформированы длинными алифатическими фрагментами
полимера П-α-ГК(Hexd).
5. Дифильные полимеры, содержащие длинные алифатические фрагменты и
свободные карбоксильные группы в каждом мономерном звене
Дизайн макромолекул полимеров, содержащих в структуре боковых разветвленных
заместителей длинные алифатические фрагменты, присоединенные амидными связями, и
сложноэфирные группы, позволяет получать путем гидролиза последних регулярные
дифильные полимеры, несущие в боковой цепи ионогенную (карбоксильную) группу и
липофильный «хвост». В рамках данной работы были синтезированы три полимера:
Р(Hexd), Р1(Hexd) и П-α-ГК(Hexd), которые можно было подвергнуть гидролизу.
O
5.1. Гидролиз амфифильных полимеров
CH2
CH2
CH
n
C
O
C
C
NH
n
O
CH2
O
NH
C16H33
C
Рис. 10. Структуры
амфифильных
полимеров
n
CH2
CH2
C
C
OH
C
O
O
O
NH
O
NH
CH
CH
C
Р(Hexd)гидр
CH
NH
O
NH
CH
CH
CH2
C
C
O
NH
CH2
OH
Р1(Hexd)гидр
C16H33
C16H33
www.sp-department.ru
OH
O
NH
17
C
П-α-ГК(Hexd)гидр
Для гидролиза была использована система ТГФ/водный раствор NaOH при 40°С в
течение 1 часа. Данная система позволила провести как полный, так и частичный
гидролиз полимеров, контролируя содержание карбоксильных групп в конечном
продукте. Этим способом нами были получены регулярные дифильные полимеры
Р(Hexd)гидр, Р1(Hexd)гидр и П-α-ГК(Hexd)гидр. Для дальнейших исследований
использовали образцы с практически 100%-м содержанием карбоксильных групп.
5.2. Изучение физико-химических особенностей дифильных полимеров
Методами гидродинамики и оптики удалось исследовать только полимер
Р(Hexd)гидр в октиловом спирте в интервале молекулярных масс от 2.3 до 50×104
Показано, что длина его статистического сегмента составляет 120 Å, а гидродинамическая
толщина цепи 50 Å, т.е. данный полимер можно отнести к жесткоцепным. Этими
методами не было зафиксировано наличие ориентационного порядка в боковых цепях
макромолекул.
Таблица 7: Результаты исследования амфифильных полимеров методом ДСК
При
исследовании
№ Полимер
Т ºC ∆H, Дж/г
методом
ДСК
на
термограммах
1 P(Hexd)гидр **
43
18
всех гидролизованных образцов
50
12
(№№ 1, 2, 5), в отличие от
2 P1(Hexd)гидр **
42
15
негидролизованных (№ 3) были
63
10
обнаружены слабые эндоэффекты
3 П-α-ГК(Hexd)*
—
—
в интервале температур 40 –
4 П-α-ГК(Hexd), выделенный
53.5
39
60°С,
соответствующие
высушиванием геля (1)
73
22
разупорядочению алифатических
5 П-α-ГК(Hexd)гидр **
56
16
фрагментов. То есть появление
* – полимеры синтезированы в ТГФ, выделены осаждением в
ионогенной
группы
и
метанол
сопутствующее
повышение
** – выделяли добавлением избытка воды
дифильности
полимера,
способствует их самоорганизации. При температуре выше 170°С начиналось термическое
разложение. Тем не менее, метод РСА не зафиксировал наличия кристаллической фазы.
Сравнение тепловых эффектов плавления микрофазы образца П-α-ГК(Hexd),
выделенного высушиванием реакционной смеси и П-α-ГК(Hexd)гидр указывает на
меньшую степень самоорганизации алифатических фрагментов у гидролизованного
образца. По-видимому, условия полимеризации (растворитель ТГФ, неприменение
полярных растворителей в процессе выделения), оказываются более существенным
фактором, определяющим упорядочение, чем увеличение дифильности полимера за счет
введения ионогенной карбоксильной группы.
Выводы:
1. Разработаны подходы и впервые синтезированы полимеры на основе полиакриловой
кислоты, общим признаком которых является наличие фрагментов L-аспарагиновой
кислоты в боковой цепи: а именно, полимеры с дендронами третьего поколения, а
также «гребнеобразные» полимеры, несущие периферические метоксикарбонильные и
гексадециламидные группы.
2. Разработан удобный метод синтеза N-карбоксиангидридов производных аминокислот,
содержащих в структуре амидную связь.
3. Впервые получена поли-α-глутаминовая кислота, несущая в качестве заместителя в
боковой
цепи
различные
производные
L-аспарагиновой
кислоты,
с
18
www.sp-department.ru
метилоксикарбонильными, карбоксильными, гексадециламидными периферическими
группами или их комбинацией.
4. Исследование акриловых полимеров комплексом физико-химических методов
показало, что наличие системы водородных связей между фрагментами Lаспарагиновой кислоты в боковой цепи оказало определяющее влияние на физикохимические и конформационные свойства макромолекул, как в твердом теле, так и в
растворе.
5. Показано, что поли-α-глутаминовую кислоту с боковыми заместителями на основе
аспарагиновой кислоты, несущей гексадециламидный фрагмент, в зависимости от
условий синтеза можно получить с неупорядоченными и упорядоченными
алифатическими фрагментами, образующими отдельную микрофазу.
6. Повышение дифильности полимеров, которое происходит за счет появления
карбоксильных групп в результате гидролиза сложноэфирных связей в остатках
аспарагиновой кислоты, способствует усилению способности алифатических
фрагментов к самоорганизации.
1.
2.
3.
4.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Основное содержание работы изложено в следующих публикациях
Статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК:
Алябьева В.П., Гирбасова Н.В., Билибин А.Ю. // «Синтез и исследование поли-γглутаминовой кислоты с аминокислотными дендронами в боковой цепи». Вестник
СПбГУ. 2006. Сер. 4. Вып. 3. С. 95 – 105.
Билибин А.Ю., Гирбасова Н.В., Мацук А.В., Мигунова И.И., Мухина И.В., Егорова
Г.Г., Алябьева В.П., Андреева Л.Н., Бушин С.В. // «Влияние состава и структуры
периферических групп на свойства дендронизованных акриловых полимеров».
Высокомолек. соед. А. 2007. Т. 49. № 4. С. 581 – 592.
Бушин С.В., Андреева Л.Н., Гирбасова Н.В., Безрукова М.А., В.П. Алябьева, Цветков
Н.В., Билибин А.Ю. // «Гидродинамические и конформационные свойства молекул
полиакрилата с боковыми дендронами на основе L-аспарагиновой кислоты».
Высокомолек. соед. А. 2007. Т. 49. № 7. С. 1257 – 1266.
Алябьева В.П., Гирбасова Н.В., Билибин А.Ю. // «Разные подходы к синтезу Nкарбоксиангидридов
амидов
трифункциональных
аминокислот».
Журнал
прикладной химии. 2009. № 4. С. 611 – 618.
Список цитируемой литературы
Гирбасова Н.В., Мигунова И.И., Распопова И.Р., Билибин А.Ю. // Высокомолек. соед. А. 2003. Т. 45. №
4. C. 550 – 561.
Андреева Л.Н., Гирбасова Н.В., Беляева Е.В., Бушин С.В., Иванова В.О., Кудрявцева Т.М., Билибин
А.Ю., Цветков Н.В. // Высокомолек. соед. А. 2005. Т. 47. № 8. С. 1516 – 1527.
Bilibin A.Y., Moukhina I.V., Girbasova N.V., Egorova G.G. // Macromol. Chem. Phys. 2004. V. 205. P. 1660
– 1666.
Билибин А.Ю., Гирбасова Н.В., Мацук А.В., Мигунова И.И., Мухина И.В., Егорова Г.Г., Алябьева В.П.,
Андреева Л.Н., Бушин С.В. // Высокомолек. соед. А. 2007. Т. 49. № 4. C. 581 – 592.
Бушин С.В., Андреева Л.Н., Гирбасова Н.В., Безрукова М.А., Алябьева В.П., Цветков Н.В., Билибин
А.Ю. // Высокомолек. соед. А. 2007. Т. 49. № 7. С. 1257 – 1266.
Цветков Н.В., Андреева Л.Н., Филиппов С.К., Бушин С.В., Безрукова М.А., Марченко И.А., Стрелина
И.А., Алябьева В.П., Гирбасова Н.В., Билибин А.Ю. // Высокомолек. соед. Cерия А. 2009. № 12. в
печати.
Билибин А.Ю., Егорова Г.Г., Гирбасова Н.В., Саратовский С.В., Мухина И.В. // Высокомолек. соед. А.
2004. Т. 46. № 2. C. 197 – 206.
Алябьева В.П., Гирбасова Н.В., Билибин А.Ю. // Вестник СПбГУ. 2006. Сер. 4. Вып. 3. С. 95 – 105.
Алябьева В.П., Гирбасова Н.В., Билибин А.Ю. // Журнал прикладной химии. 2009. № 4. c. 611 – 618.
Wilder R., Mobashery Sh. // J.Org. Chem. 1992. V. 57. P. 2755 – 2756.
Bychkova V.E., Ptitsyn O.B., Barskaya T.V. // Biopolymers. 1971. V. 10. P. 2161 – 2179.
19
www.sp-department.ru
Подписано к печати 14.10.2009. Формат бумаги 68×84 1/16.
Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать цифровая.
.
Объем 1,0 усл. п. л. Тираж 100 экз. Заказ
Отпечатано в отделе оперативной полиграфии химического факультета СПбГУ
с оригинал-макета заказчика.
198504, г. Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр., 26.
Тел.: (812) 428-40-43, 428-69-19.
www.sp-department.ru