一種單烯基環(huán)糊精類功能單體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超分子化學和功能高分子聚合物中間體合成技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種 單烯基環(huán)糊精類功能單體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] β-環(huán)糊精是由7個D-呋喃葡萄糖單元以α-(1，4)糖苷鍵連接而成的低聚糖，具 有中空筒狀的空間結(jié)構(gòu)，分子空腔內(nèi)徑約為6. 0-7. 8埃，高度大約為7. 9埃，筒外側(cè)表現(xiàn)為 親水性，而內(nèi)側(cè)呈疏水性。由于其中空筒狀結(jié)構(gòu)和特殊的親疏水性能，β-環(huán)糊精可以在水 相中包結(jié)多種有機分子，形成主-客體超分子配合物。這使其在環(huán)境污染物的吸附和萃取， 水不溶性藥物分子的包結(jié)和增溶，水相有機合成反應的催化和超分子聚合物組裝等領(lǐng)域引 起了廣泛研宄。
[0003] 天然β-環(huán)糊精分子在水中的溶解度較?。s為1.86g，25°C )，在一定程度上限 制了其應用。由于β-環(huán)糊精分子結(jié)構(gòu)中含有羥基官能團，可以借助羥基的化學反應，選擇 性地對β-環(huán)糊精進行化學修飾，提高其水溶性能，拓展其應用領(lǐng)域。在眾多β-環(huán)糊精衍 生物中，含有烯基的環(huán)糊精類化合物極為引人關(guān)注。這是由于含有烯基的環(huán)糊精 類化合物可以作為功能單體通過聚合反應制備特殊性能的聚合物。
[0004] β -環(huán)糊精的羥基可以分為仲羥基（2位和3位）和伯羥基（6位），由于伯羥基與 仲羥基的反應活性差別，β -環(huán)糊精類功能單體的制備多采用烯類化合物與6位伯羥基的 反應。申請?zhí)枮?01310264395. 1的中國專利申請中公開了一種6位取代-β-環(huán)糊精功能 單體及其制備方法，丙烯酰氯與β-環(huán)糊精6位的伯羥基反應合成了環(huán)糊精丙烯酸酯；申請 號為201010576923. 3的中國專利申請中公開了馬來酸酐接枝β -環(huán)糊精的制備，馬來酸酐 和β-環(huán)糊精6位的伯羥基反應得到了 β-環(huán)糊精類單體。由于β-環(huán)糊精含有7個伯羥 基（6位），該類單體均含有七個可參與聚合反應的烯鍵。
[0005] 線型環(huán)糊精聚合物的環(huán)糊精官能團位于聚合物的側(cè)鏈，相鄰的環(huán)糊精將產(chǎn)生協(xié) 同效應和鄰基效應等高分子效應；與環(huán)糊精衍生物相比，線型環(huán)糊精聚合物將表現(xiàn)出更 為突出的性能。線型環(huán)糊精聚合物制備的關(guān)鍵在于單烯基環(huán)糊精類功能單體。為了合成 單烯基環(huán)糊精類功能單體，必須對β-環(huán)糊精6位的伯羥基進行選擇性反應。申請?zhí)枮?201410204895. 0的中國專利申請公開了一種6位單取代-β -環(huán)糊精功能單體及其制備方 法，其以β -環(huán)糊精為原料，經(jīng)過對甲基苯磺酰氯與一個伯羥基的選擇性磺?；磻?，接著 進行乙二胺取代和烯丙基縮水甘油醚開環(huán)等反應，制備了 β-環(huán)糊精類功能單體。但是， 乙二胺取代后的環(huán)糊精衍生物含有伯胺和仲胺，它們均可和烯丙基縮水甘油醚進行開環(huán)反 應，導致所制備單體含有三個末端烯鍵。
[0006] 另外，在制備單烯基環(huán)糊精類功能單體時常需要采用大量有機溶劑，例如乙氰、二 甲基甲酰胺等有機溶劑，有機溶劑的毒性將不利于操作人員的身體健康，同時，其難以回收 處理也可能帶來環(huán)境污染，不符合綠色生產(chǎn)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種單烯基環(huán)糊精類功能單體，本發(fā)明還提供該單體的一 種綠色高效制備方法，該制備方法在合成過程中的反應介質(zhì)不采用有機溶劑。本發(fā)明提供 的制備方法有效降低了有機溶劑對環(huán)境的污染，符合綠色生產(chǎn)的要求，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0008] 本發(fā)明為達到其目的，采用的技術(shù)方案如下：
[0009] 本發(fā)明第一方面提供一種單烯基環(huán)糊精類功能單體，其結(jié)構(gòu)式如下：
[0010]
[0011] 本發(fā)明第二方面提供一種制備如上文所述的單烯基環(huán)糊精類功能單體的方法，包 括如下步驟：
[0012] 1)將β _環(huán)糊精加入水中制成懸浮液，室溫下攪拌，向所述懸浮液中加入堿液，攪 拌形成透明溶液；將溶液溫度降至0~KTC (更優(yōu)選為0~6°C，最佳優(yōu)選為0~5°C )，向 其中加入對甲基苯磺酰氯，在0~l〇°C (更優(yōu)選為0~6°C，最佳優(yōu)選為0~5°C)下攪拌反 應3~IOh (更優(yōu)選為4~8h，最佳優(yōu)選為5~7h);過濾，調(diào)節(jié)濾液的pH值為4~7. 5 (更 優(yōu)選為5. 5~7. 5,最佳優(yōu)選為6. 0~7. 0)，將濾液在0~KTC (更優(yōu)選為0~6°C，最佳 優(yōu)選為0~5°C )靜置；收集沉淀，將沉淀用水重結(jié)晶，之后進行干燥，得化合物I ;其中， β -環(huán)糊精與堿液的摩爾比為1 : (2. 5~25)，β -環(huán)糊精與對甲基苯磺酰氯的摩爾比為1 : (1~8)。其中所述的β-環(huán)糊精與堿液的摩爾比具體是指β-環(huán)糊精與堿液中溶質(zhì)的摩 爾比，該堿液優(yōu)選為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。
[0013] 2)將化合物I加入乙醇胺中，化合物I與乙醇胺的摩爾比為1 : (10~50)，在65~ 85°C (更優(yōu)選為65~80°C，最佳優(yōu)選為70~80°C )下攪拌反應2~8h (更優(yōu)選為3~ 6h，最佳優(yōu)選為4~6h);將反應所得混合物分散于不良溶劑中，析出粗產(chǎn)物沉淀；將粗產(chǎn)物 沉淀溶于良溶劑中，再將其滴加到不良溶劑中，析出沉淀，重復該操作若干次以除去未反應 的乙醇胺；之后干燥得化合物II ;
[0014] 3)將化合物II溶于水得化合物II水溶液，向其中滴加甲基丙烯酸縮水甘油酯， 化合物II與甲基丙烯酸縮水甘油酯的摩爾比為1 : (0. 9~2. 0)，在65~95°C (更優(yōu)選為 70~90 °C，最佳優(yōu)選為75~85 °C )下攪拌反應6~48h (更優(yōu)選為6~36h，最佳優(yōu)選為 8~24h);將反應所得混合物滴加至不良溶劑中，析出粗產(chǎn)物沉淀；將粗產(chǎn)物沉淀溶于良溶 劑中，再將其滴加到不良溶劑中，析出沉淀，重復該操作若干次以除去未反應的甲基丙烯酸 縮水甘油酯，并獲得化合物III，即所述單烯基環(huán)糊精類功能單體。
[0015] 步驟1)中，β-環(huán)糊精與堿液的摩爾比進一步優(yōu)選為1:(5~20)，最優(yōu)選為1: (15~20) ; β -環(huán)糊精與甲基苯磺酰氯的摩爾比進一步優(yōu)選為I : (1~5)，最佳優(yōu)選為1 : (1 ~2. 5) 〇
[0016] 步驟2)中，化合物I與乙醇胺的摩爾比進一步優(yōu)選為1 : (10~40)，最優(yōu)選為1 : (15 ~35) 〇
[0017] 步驟3)中，化合物（II)與甲基丙烯酸縮水甘油酯的摩爾比更進一步優(yōu)選為1 : (0· 9~L 5)，最優(yōu)選為I : (I. 0~L 3)。
[0018] 優(yōu)選的，步驟1)中，所述堿液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液；向所述懸浮液中 加入堿液時以滴加的方式加入，在懸浮液中加入堿液后攪拌1~5h，更優(yōu)選為2~4h，最佳 優(yōu)選為2. 5~3. 5h。
[0019] 優(yōu)選的，步驟2)中，所述不良溶劑選自正己烷、丙酮中的至少一種，所述良溶劑為 水。
[0020] 優(yōu)選的，步驟3)中，所述不良溶劑選自正己烷、丙酮中的至少一種，所述良溶劑為 水。
[0021] 優(yōu)選的，步驟1)中所述干燥所采用的干燥溫度為50~75°C ;步驟2)中所述干燥 所采用的干燥溫度為30~55°C，更優(yōu)選為35~50°C，最佳優(yōu)選為35~45°C。
[0022] 作為一種優(yōu)選方案，步驟1)中所述懸浮液其中的β-環(huán)糊精濃度為0.02~ 0· 25mol/L，更優(yōu)選為0· 04~0· 2mol/L，最優(yōu)選為0· 05~0· 15mol/L ;步驟3)中，化合物 II水溶液的濃度為〇· 15~0· 45mol/L，更優(yōu)選為0· 20~0· 35mol/L，最優(yōu)選為0· 25~ 0.35mol/L〇
[0023] 進一步的，步驟1)中所得化合物I的結(jié)構(gòu)式如下：
[0024]
[0025] 進一步的，步驟2)中所得化合物II的結(jié)構(gòu)式如下：
[0026]
[0027] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下有益效果：
[0028] 1、本發(fā)明提供的單烯基環(huán)糊精類功能單體單-(6_ (N- (2_羥基-乙基））-(N- (2_輕 基-3-甲基丙烯酸酯基-丙基））-6-去氧）-β -環(huán)糊精僅含有一個末端烯基，可作為功能 單體，通過自由基聚合反應，制備側(cè)鏈含有環(huán)糊精官能團的聚合物，在客體分子識別、色譜 手性固定相制備、藥物緩釋控制及其它功能型聚合物等領(lǐng)域具有重要的潛在應用價值。
[0029] 2、本發(fā)明所提供的單體制備方法最突出的優(yōu)點是反應介質(zhì)采用水相，反應過程中 不存在有機溶劑產(chǎn)生的毒性以及易燃易爆等問題，從源頭上減少有機溶劑對環(huán)境的污染， 符合綠色生產(chǎn)的要求。
[0030] 3、本發(fā)明所提供的單體制備方法其反應介質(zhì)采用水相，有如下兩個關(guān)鍵控制點：
[0031] a、步驟1)制備化合物I時，低溫控制最關(guān)鍵，低溫可以確保對甲基苯磺酰氯與6 位伯羥基中的一個伯羥基進行反應，當反應溫度超過l〇°C時，將導致甲基苯磺酰氯與多個 伯羥基發(fā)生反應，生成大量的副產(chǎn)物，很難分離目標產(chǎn)物。粗產(chǎn)品分離時，低溫將抑制目標 產(chǎn)物的水解，保