本發(fā)明涉及一類聚苯乙炔衍生物及其制備方法，特別是一類烷氧醚基和醛基修飾的聚苯乙炔衍生物及其制備方法。

背景技術(shù)：

螺旋性是生物大分子的重要結(jié)構(gòu)特征，很多生物功能是通過這類天然大分子螺旋構(gòu)象形成的多級結(jié)構(gòu)得以實現(xiàn)，如多肽表面有序的螺旋結(jié)構(gòu)使得氨基酸側(cè)基能夠有序排列，從而進(jìn)行分子識別；細(xì)菌體內(nèi)吸光蛋白的螺旋結(jié)構(gòu)則保證了蛋白固有的剛性及明確的結(jié)合位點，使得色素分子進(jìn)行有序的分布；核苷酸以雙螺旋的形式儲存和復(fù)制生命信息等等。因而發(fā)展和研究仿生螺旋聚合物具有重要學(xué)術(shù)價值。

聚苯乙炔作為一類人工合成的動態(tài)螺旋聚合物，由于其主鏈左右手螺旋翻轉(zhuǎn)位壘較低，微小的手性差異便可導(dǎo)致主鏈構(gòu)象發(fā)生很大的改變，這類螺旋化合物近年來受到更加廣泛的關(guān)注，并應(yīng)用于制備刺激響應(yīng)型聚合物。通常而言，其主鏈的螺旋構(gòu)象可以通過在側(cè)鏈或者端基引入手性基元，有效誘導(dǎo)聚苯乙炔形成特定的螺旋結(jié)構(gòu)，并且這種聚合物的二級結(jié)構(gòu)可以通過改變外界條件，溫度、溶劑及酸堿度等進(jìn)行調(diào)控：如唐本忠等人[Lai, L. M.; Jackey, W. Y.; Qin, A.; Dong, Y.; Tang, B. T. J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 11128.]合成出帶有天然氨基酸側(cè)基的螺旋手性聚苯乙炔, 并通過改變?nèi)芤核釅A度來調(diào)控其螺旋性；Masuda等人[Zhang, Y.; Gao, K.; Zhao, Z.; Yue, D.; Hu, Y.; Masuda, T.J. Polym. Sci., Part A, Polym. Chem., 2013, 51, 5248.]合成了一系列的帶手性側(cè)基的聚丙炔酰胺，通過共軛骨架和功能側(cè)基之間的協(xié)同作用, 聚乙炔表現(xiàn)出了一系列有趣的性質(zhì): 光學(xué)活性、液晶性、光電導(dǎo)性、溶劑化顯色以及分子識別等。Meijer [Schenning A. P. H. J., Fransen M., Meijer E. W. Macromol. Rapid Commun., 2002, 23, 265.]和Percec [Percec V., Obata M., Rudick J G., De B. B., Glodde M., Bera T., Magonov S N., Balagurusamy V. S. K., Heiney P A. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 2002, 40, 3509.]等人分別報道聚苯乙炔及其衍生物在升溫過程中，由于有效共軛鏈長和構(gòu)象的變化，主鏈的圓二色譜信號會有所降低和紅移。

根據(jù)手性基元與螺旋聚合物主鏈的成鍵方式不同，可分為兩類，共價型和非共價型。共價型螺旋聚合物是通過大單體法制得帶有手性側(cè)基，進(jìn)而聚合物得到二級結(jié)構(gòu)規(guī)整的螺旋聚合物；Yashima等人通過超分子—主客體絡(luò)合方式，成功實現(xiàn)小分子手性向主鏈傳遞，進(jìn)而賦予該類螺旋聚合物對D/L構(gòu)型丙氨酸的識別功能[Nonokawa, R.; Yashima, E. J. Am. Chem. Soc.,2003, 125, 1278]。

氨基酸作為人體生命組成最重要的手性源，對其識別研究在手性拆分、生物傳感器以及貯能等不同領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景而受到高度重視。利用氨基酸識別來構(gòu)筑螺旋聚合物對于闡述生命體過程具有其獨特的優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一類烷氧醚基（OEG）和醛基修飾的聚苯乙炔衍生物，用于氨基酸的識別，以及識別前后對于聚合物螺旋構(gòu)象的誘導(dǎo)調(diào)控。

本發(fā)明的目的之二在于提供該聚合物的制備方法。

動態(tài)鍵較超分子作用，既有共價鍵成鍵穩(wěn)定的特性，又兼具非共價鍵的動態(tài)可逆特性。且通過非共價鍵---動態(tài)共價鍵構(gòu)筑螺旋聚苯乙炔鮮為報道。

為了實現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下反應(yīng)機理：

根據(jù)上述反應(yīng)機理，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種烷氧醚基和醛基修飾的聚苯乙炔衍生物，其特征在于該衍生物的結(jié)構(gòu)式為：

其中共聚比為m:n = 1~4:1

一種烷氧醚基和醛基修飾的聚苯乙炔衍生物，其特征在于該方法的具體步驟為：

a.將對醛基苯乙炔和L-苯丙氨酸甲酯按1:1~2的摩爾比溶于二氯甲烷中，攪拌反應(yīng)3~6小時；旋干DCM，對粗產(chǎn)物進(jìn)色譜柱提純，即可得到單體PP，其結(jié)構(gòu)式為：；

b.將4-碘代苯甲酸乙酯、碘化亞銅、Pd(Pph₃)₂Cl₂和TMSA（三甲基硅基乙炔）按 1:0.04~0.08:0.02~0.04:1.0~1.5的摩爾比溶于四氫呋喃中，在惰性氣氛保護(hù)下，攪拌反應(yīng)12~18小時；去除溶劑，用二氯甲烷萃取，再經(jīng)色譜柱提純，得到純產(chǎn)物C，其結(jié)構(gòu)式為： ;

c.將步驟b所得產(chǎn)物C溶于乙醇中，在冰浴下，滴加氫氧化鈉水溶液，攪拌反應(yīng)1~4小時；調(diào)節(jié)溶液pH值至中性，用二氯甲烷萃取，抽濾，得純產(chǎn)物D；所述的產(chǎn)物C與氫氧化鈉的摩爾比為：1:1~2；

d.將步驟c所得產(chǎn)物D、核心為氨基的一代烷氧醚樹枝化基元和DMAP（4-二甲氨基吡啶）按1~1.5:1:0.2~0.5的摩爾比溶于二氯甲烷中, 在冰鹽浴和惰性氣體保護(hù)下，加入HOBt（1-羥基苯并三唑）和EDC·HCl（1-乙基-（3-二甲基氨基丙基）碳化二亞胺鹽酸鹽），室溫下繼續(xù)攪拌至反應(yīng)完全；飽和食鹽水水洗后，用二氯甲烷萃取水相，無水MgSO₄干燥有機相，去除溶劑后得粗產(chǎn)物，對該粗產(chǎn)物進(jìn)行色譜柱分離提純得到單體PN；所述的產(chǎn)物D、HOBt和EDC·HCl的摩爾比為：1:0.8~1.5:1~5；（參照文獻(xiàn)Li, W.; Zhang, A.; Schlüter, A. D. Chem. Commun. 2008, 5523和Yan J T; Li W; Liu K; Wu D L; Chen F;Wu P Y; Zhang A. Chem. Asian J. 2011, 6, 3260的合成）；

e.在惰性氣氛保護(hù)下，將步驟a所得單體PP和步驟d所得單體PN(按照共聚比為m:n = 1~4:1)溶于四氫呋喃中，加入催化量的Rd(nbd)Cl₂和三乙胺；在室溫下反應(yīng)9~16小時；去除四氫呋喃得粗產(chǎn)物，對該粗產(chǎn)物進(jìn)行色譜柱分離提純得到聚合物烷氧醚基和醛基修飾的聚苯乙炔衍生物。

所述的聚苯乙炔衍生物，其制備方法包括步驟：Sonogashira偶聯(lián)、脫保護(hù)、醚化、酯化、酰胺、動態(tài)席夫堿等反應(yīng)合成了三種苯乙炔類單體，通過控制單體的投料比，在THF中采用[(nbd)RhCl]₂催化聚合得到了烷氧醚基不同鍵聯(lián)方式（酰胺鍵和酯鍵）且醛基比例不同的聚苯乙炔衍生物。

所述的聚苯乙炔衍生物具有良好的水溶性，其優(yōu)異的溫敏性能表現(xiàn)為相變迅速；通過動態(tài)席夫堿鍵，將手性從側(cè)鏈傳遞至聚苯乙炔主鏈，從而實現(xiàn)對主鏈?zhǔn)中苑糯蠹皹?gòu)象調(diào)控；同時此類聚苯乙炔衍生物對氨基酸有良好的識別能力。

該類聚苯乙炔共聚物在具有溫敏性的同時，通過聚合物鏈上醛基與氨基酸的動態(tài)反應(yīng)，一方面可調(diào)控聚合物主鏈構(gòu)象，也賦予該類聚合物對氨基酸高效識別特性（靈敏度可達(dá)10^-4-10^-5）。這類全新型智能螺旋聚苯乙炔衍生物，為模擬生命體過程，闡述生命過程的化學(xué)本質(zhì)具有重要理論意義。

本發(fā)明基于“將軍士兵”原理，通過大單體和表面接枝路線，成功地實現(xiàn)了該類聚合物對氨基酸的有效識別；同時提出了一種新型方式--動態(tài)鍵，將小分子手性向聚合物有效的傳遞，并誘導(dǎo)其主鏈二級構(gòu)象的變化。這類共聚物中含有烷氧醚基（OEG）和帶有氨基酸（L-Phe-CooMe）修飾的苯甲醛基元/ 苯甲醛基元，在賦予聚合物溫度敏感智能性外；另一方面，提供聚合物側(cè)鏈?zhǔn)中詡鬟f位點。圓二色光譜測試表明，識別位點的比例、烷氧醚基元與聚合物的鍵聯(lián)方式、待識別氨基酸親疏水性結(jié)構(gòu)等等，都對該類聚合物識別起著重要的貢獻(xiàn)；此外，通過大單體法制備的螺旋聚合物，可以通過時間、pH、手性分子、溫度等外界刺激條件，實現(xiàn)對此類聚合物二級構(gòu)象的調(diào)控。該發(fā)明對于設(shè)計并合成不同螺旋結(jié)構(gòu)的聚合物并使其功能化提供理論基礎(chǔ)，在制備新型仿生與功能材料方面具有重要學(xué)術(shù)價值，為拓展刺激響應(yīng)型螺旋聚合物在手性拆分、生物傳感器及儲能等不同領(lǐng)域中的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點：

1. 本發(fā)明采用烷氧醚基（OEG）構(gòu)建聚苯乙炔，賦予了聚苯乙炔優(yōu)異的溫敏性能，相變過程迅速，滯后?。?/p>

2. 本發(fā)明通過動態(tài)席夫堿鍵傳遞手性至共聚物主鏈，從而有效而可逆地調(diào)控聚合物主鏈的構(gòu)象；

3. 本發(fā)明制備了一種水溶性的聚苯乙炔，拓寬了聚苯乙炔在水相高效識別氨基酸類手性分子的應(yīng)用。

附圖說明

圖1 合成聚合物NG1-0.26Phe和NG1-0.26CHO的合成路線;

圖2 為聚合物NG1-0.26Phe和NG1-0.26CHO的核磁氫譜表征（氯仿25 °C，500M）;

圖3 為NG1-0.26CHO和NG1-0.26Phe在水溶液中溶液透光率隨溫度變化曲線（c = 0.05 wt %, 600 nm, 加熱和冷卻速率0.2 ^oC/min）;

圖4-8 為NG1-0.26CHO和NG1-0.26Phe的圓二色光譜圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明闡述的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

對醛基苯乙炔的制備方法 請參見參照文獻(xiàn)Zhang, Y.; Gao, K.; Zhao, Z.; Yue, D.; Hu, Y.; Masuda, T.J. Polym. Sci., Part A, Polym. Chem., 2013, 51, 5248。

核心為氨基的一代烷氧醚樹枝化基元(G1-CH₂NH₂)的制備請參見參照文獻(xiàn)Li, W.; Zhang, A.; Schlüter, A. D. Chem. Commun. 2008, 5523和Yan J T; Li W; Liu K; Wu D L; Chen F;Wu P Y; Zhang A. Chem. Asian J. 2011, 6, 3260的合成。

實施例1：

1.單體的合成

單體PP

(a)4-溴苯甲醛溶于四氫呋喃（THF），加入0.04~0.08倍當(dāng)量碘化亞銅（CuI），0.02~0.04倍當(dāng)量Pd(Pph₃)₂Cl₂，1.0~1.5倍當(dāng)量三甲基硅基乙炔（TMSA）溶于少量四氫呋喃后緩慢加入,氮氣保護(hù)下攪拌反應(yīng)12~18 h；旋干THF, 二氯甲烷（DCM）萃取，對粗產(chǎn)物進(jìn)行色譜柱提純，得純產(chǎn)物A。

(b)A溶于甲醇（CH₃OH）中，加入1.0~2.5倍當(dāng)量的碳酸鉀（K₂CO₃）溶于少量水，在冰浴中緩慢滴加，攪拌反應(yīng)2~5 h；用鹽酸（HCl）將溶液調(diào)至中性，旋干CH₃OH， DCM萃取，DCM 對粗產(chǎn)物進(jìn)行色譜柱提純，得純產(chǎn)物B。

(c)B溶于DCM中，加入1~2倍當(dāng)量的L-苯丙氨酸甲酯（L-Phe-CooMe），攪拌反應(yīng)3~6 h；旋干DCM，對粗產(chǎn)物進(jìn)行色譜柱提純，得到單體PP。

單體PN

(d)4-碘代苯甲酸乙酯溶于THF，加入0.04~0.08倍當(dāng)量碘化亞銅（CuI），0.02~0.04倍當(dāng)量Pd(Pph₃)₂Cl₂，1.0~1.5倍當(dāng)量TMSA溶于少量四氫呋喃后緩慢加入,氮氣保護(hù)下攪拌反應(yīng)12~18 h；旋干THF, DCM萃取，Hexane對粗產(chǎn)物進(jìn)行色譜柱提純，得純產(chǎn)物C。

(e)C溶于乙醇（EtOH）中，加入1~2倍當(dāng)量的氫氧化鈉（NaOH）溶于少量水，在冰浴中緩慢滴加，攪拌反應(yīng)1~4 h；用鹽酸（HCl）將溶液調(diào)至中性，旋干甲醇，二氯甲烷（DCM）萃取，抽濾，得純產(chǎn)物D。

(f)將1~1.5倍當(dāng)量D溶于DCM, 加入1倍當(dāng)量的核心為氨基的一代烷氧醚樹枝化基元(G1-CH₂NH₂)，（參照文獻(xiàn)Li, W.; Zhang, A.; Schlüter, A. D. Chem. Commun. 2008, 5523和Yan J T; Li W; Liu K; Wu D L; Chen F;Wu P Y; Zhang A. Chem. Asian J. 2011, 6, 3260的合成），0.2~0.5倍當(dāng)量DMAP溶于DCM, 冰鹽浴氮氣保護(hù)下加入0.8~1.5當(dāng)量HOBt，加入1~5當(dāng)量EDC·HCl, 室溫下繼續(xù)攪拌至反應(yīng)完全；飽和食鹽水水洗后DCM萃取水相，無水MgSO₄干燥有機相，旋干DCM后，DCM對粗產(chǎn)物進(jìn)行色譜柱提純得到單體PN。

2.聚合物NG1-0.26Phe的合成

將單體1和3(按照共聚比為m:n = 1~4:1)溶于少量THF中，氮氣保護(hù)下，加入1/50當(dāng)量Rd(nbd)Cl₂、 三乙胺（TEA）1滴。25℃下反應(yīng)9~16 h；旋干THF后,DCM對粗產(chǎn)物進(jìn)行色譜柱提純得到聚合物NG1-0.26Phe。由附圖1 ¹H NMR (CDCl₃, 25 ^oC): d = 0.98?1.36 (m, 9H, CH₃), 3.07-4.48 (br, 42H, CH₂), 5.01-8.98 (br, 1H, CH2, Ar-H)?？芍C明得到了目標(biāo)產(chǎn)物。

3.聚合物NG1-0.26CHO的合成

聚合物NG1-0.26Phe溶于DCM，加入50~200倍當(dāng)量的三氟乙酸（TFA），攪拌反應(yīng)1~5 h；加入過量的CH₃OH終止反應(yīng)，旋干甲醇，在水中透析，冷凍干燥，得到產(chǎn)物。由附圖2 ¹H NMR (CDCl₃, 25 ^oC): d = 1.02?1.25 (br, 9H, CH₃), 3.08-4.25 (br, 42H, CH₂), 4.91?8.81 (m, 38H, CH₂), 9.59 (s, 1H, CH)。可知證明得到了目標(biāo)產(chǎn)物。

實施例2：

通過圓二色光譜對聚合物NG1-0.26Phe、NG1-0.26CHO的螺旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征（參見圖4到圖8）。如附圖4所示，在常溫下(20 ^oC)，帶有手性側(cè)基的NG1-0.26Phe有較為規(guī)整的構(gòu)象，在CD上顯示較強的信號峰；對于沒有手性基元誘導(dǎo)的NG1-0.26CHO，聚合物主鏈表現(xiàn)為左手右手螺旋構(gòu)象交替，其CD信號峰消失；當(dāng)在NG1-0.26CHO加入手性基元L-Phe，聚合物的在CD上表現(xiàn)與NG1-0.26Phe相反的科頓信號，且信號強度增加。由此證明，通過大單體及表面接枝路線，都能實現(xiàn)動態(tài)鍵（席夫堿）方式，將小分子手性從側(cè)鏈向主鏈的傳遞。

附圖5-7所示，時間、溶劑及手性分子等因素，都影響NG1-0.26Phe的二級構(gòu)象。隨著時間的推移，NG1-0.26Phe的螺旋結(jié)構(gòu)從左手偏向右手轉(zhuǎn)變；在聚合物體系中 ，引入L構(gòu)型的氨基酸，同樣會誘導(dǎo)主鏈的構(gòu)型翻轉(zhuǎn)；同時此類聚合物的構(gòu)象也受到溶劑化效應(yīng)的影響。

根據(jù)上述研究結(jié)果表明，在聚合物NG1-0.26CHO加入手性基元，誘導(dǎo)聚合物主鏈呈現(xiàn)較為規(guī)整的結(jié)構(gòu)，從而在圓二色光譜圖上表現(xiàn)出較強的科頓信號。附圖8所示，利用聚合物NG1-0.26CHO對于手性基元的響應(yīng)，我們嘗試在該類聚合物中加入D/L不同構(gòu)型、側(cè)鏈親疏水差異及側(cè)鏈由較大位阻基團修飾的氨基酸。經(jīng)過測試表明，加入手性氨基酸構(gòu)型的差異導(dǎo)致聚合物正負(fù)科頓信號翻轉(zhuǎn)；側(cè)鏈由較疏水基團修飾的氨基酸（相比親水性氨基酸）與聚合物NG1-0.26CHO反應(yīng)后，更利于形成較為穩(wěn)定的螺旋構(gòu)象（即較強的科頓信號），尤其是以D/L-Phe為代表的（側(cè)基由苯環(huán)這類較大位阻基團修飾）氨基酸，形成的科頓信號最強，且識別靈敏度可達(dá)10^-4-10^-5。