American Journal of Drug Delivery and Therapeutics Offener Zugang

Abstrakt

Chemische Reaktion von Diethylvinylphosphonat mit 2-Aminobenzimidazol

Narkis  

Phosphorhaltige Polymere sind besonders aufgrund ihrer umfassenden Anwendung in Brennstoffzellen, als Flammschutzmittel und im biomedizinischen Bereich attraktiv. Zu den phosphorhaltigen Polymeren gehören genetisches Material wie DNA und RNA sowie synthetische Polymere mit funktionalisierten Haupt- und Seitenketten. Vinylphosphonat ist eines der einfachsten Vinylmonomere mit Phosphonatgruppen an der Seitenkette. Seit den späten 40er Jahren wurden verschiedene Wege zur Synthese von Vinylphosphonat gemeldet. Zu diesen Techniken gehören die koordinativ-anionische Polymerisation und die lebende, durch Seltenerdmetalle vermittelte Gruppentransferpolymerisation, mit denen Polyvinylphosphonate mit höherem Molekulargewicht und höheren Umsätzen effizient erzeugt werden. Mit Ausnahme von Polyvinylphosphonsäure (die durch radikalische Polymerisation in hoher Ausbeute und mit mittlerem Molekulargewicht gewonnen werden kann) gibt es relativ wenige Untersuchungen zur Homo- und Copolymerisierung von Vinylphosphonatmonomeren durch radikalische Polymerisation. Die wenigen Berichte zeigen, dass Vinylphosphonatmonomere durch die Methode der radikalischen Polymerisation nicht zu Produkten mit hohem Molekulargewicht homopolymerisieren (insbesondere bei Diethylvinylphosphonat (DEVP)), was normalerweise zu niedrigen Ausbeuten führt und Polymere mit niedrigem Molekulargewicht liefert. Im Fall der radikalischen Copolymerisation waren die Endergebnisse entweder nicht erfolgreich oder lieferten eine unzureichende Charakterisierung. Arcus berichtete über die durch tert-Butylhydroperoxid initiierte Copolymerisation von DEVP mit Styrol und bestimmte die Reaktivitätsverhältnisse dieses Monomerpaars. Bei relativ niedrigen DEVP-Gehalten in den Copolymeren tritt DEVP im Vergleich zu Styrol nur widerwillig in die wachsende Polymerkette ein. Mit Ausnahme von Styrol werden radikalische Copolymerisationen von DEVP mit Ethylenglykoldimethacrylat, Methylmethacrylat, Acrylnitril und Trimethoxyvinylsilan erreicht, die jedoch eine unzureichende Charakterisierung liefern. Daher sind radikalische Copolymerisationen von DEVP mit anderen Monomeren zur Herstellung von Copolymeren mit relativ hohem DEVP-Gehalt und klar charakterisierter Struktur nach wie vor ein erhebliches und herausforderndes Problem.

Poly(diethyl vinylphosphonate-co-2-chloroethyl methacrylate) (P(DEVP-co-CEMA)) copolymers are synthesized by free radical copolymerization initiated by benzoyl peroxide. The reactivity ratios for the free radical copolymerization of CEMA (M1) and DEVP (M2) are r1 = 19.45 and r2 = 0.11, respectively. The desired amphiphilic copolymers with relatively low polydispersity index (PDI) and different DEVP contents are isolated and purified from the reaction mixtures through precipitation fractionation. The structures and molecular characteristics of the obtained products are characterized by 1 H NMR, FTIR, and SEC analysis. All of these fractionated copolymers have a unimodal distribution and moderate PDI. The thermal properties of the P(DEVP-co-CEMA) copolymers are investigated by TGA and differential scanning calorimetry (DSC) measurements. Single glass transition temperature (Tg) appears in the DSC profiles differing from the existence of two Tgs in the blend of poly (diethyl vinylphosphonate) and poly (2-chloroethyl methacrylate), which indicates the random structure of the copolymers. The MALDI–ToF mass analysis further reveals that DEVP and CEMA units are randomly distributed in the copolymer chains. The self-assembly behavior of the P(DEVP-co-CEMA) copolymers in aqueous solution is preliminarily investigated.

The monomer 2-chloroethyl methacrylate (CEMA) is of special interest as halogen-functionalized comonomer for easy modification and post cross-linking. With initiating haloalkyl groups, graft copolymers can be prepared via atom transfer radical polymerization (ATRP. The chlorine atoms can be readily substituted by nucleophiles, for instance, azide groups, and then followed by click coupling of alkyne end-functionalized polymers to gain new properties. Therefore, CEMA is a potential comonomer for DEVP to broaden the applications of phosphorus-containing polymers. To date, to the best of our knowledge, there is no report on the copolymerization of DEVP with CEMA. What is more, due to the existence of both hydrophobic units (CEMA) and hydrophilic units (DEVP), the copolymers are able to self-assemble into nanoparticles in aqueous solution, which are promising in the fields such as microreactors and encapsulation of guest molecules. The modified copolymers show great potential in biomedical fields for polyphosphonates and proved to be high biocompatibility and adjustable degradability. Meanwhile, the chemical incorporation of a phosphorus-containing flame retardant into a methacrylate polymer via copolymerization may eliminate the leaching and heterogeneous problems associated with the additive approach.

Hier synthetisieren wir eine Reihe amphiphiler, zufälliger Copolymere, nämlich Poly(diethylvinylphosphonat-co-2-chlorethylmethacrylat) (P(DEVP-co-CEMA)), durch radikalische Copolymerisation unter Verwendung von Benzoylperoxid (BPO) als Initiator. Zur detaillierten Untersuchung werden Copolymere mit relativ enger Molekulargewichtsverteilung durch Fällungsfraktionierung isoliert. Die Strukturen der Copolymere werden durch 1 H-NMR, 31P-NMR, Fourier-Transform-Infrarot (FTIR) und MALDI-ToF-Massenanalyse bestätigt. Die thermischen Eigenschaften der P(DEVP-co-CEMA)-Copolymere werden durch Differenzial-Scanning-Kalorimetrie (DSC) und thermogravimetrische Analysen (TGA) bestimmt. Voruntersuchungen zum Selbstassemblierungsverhalten der Copolymere in Wasser werden ebenfalls durchgeführt und die im Wasser gebildeten Nanopartikel werden durch TEM beobachtet. Versuchsmaterialien Triethylphosphit (98,0 %, Aladdin-Reagenz, China), Ethylenbromid (99,0 %, Aladdin-Reagenz, China), Triethylamin (Sinopharm Chemical Reagenz, China), Benzol (Sinopharm Chemical Reagenz, China), Methacryloylchlorid (J&K Chemical Reagenz, China) und 2-Chlorethanol (Shanghai Nanxiang Reagenz, China) wurden wie erhalten verwendet. BPO (Shanghai Lingfeng Chemical Reagenz, China) wurde vor Verwendung zweimal aus Methanol umkristallisiert. THF wurde vor Verwendung über Kalium/Benzophenonketyl zurückgeflossen. Alle anderen Chemikalien wurden wie erhalten verwendet, sofern nicht anders angegeben. Synthese von CEMA 2-Chlorethanol (10 ml) und Triethylamin (22 ml) wurden in THF (50 ml) gelöst, dann wurde Methacryloylchlorid (15 ml) langsam unter Argonatmosphäre zugegeben, während die Lösung in einem Eisbad gekühlt wurde. Das Reaktionsgemisch wurde 48 h bei Raumtemperatur gerührt und dann filtriert.