ВОДОРАСТВОРИМЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПОЛИФЛУОРЕНОВЫЕ ЩЕТКИ, ИЗЛУЧАЮЩИЕ БЕЛЫЙ СВЕТ Российский патент 2023 года по МПК C08F257/00 

Изобретение относится к химии высокомолекулярных соединений, а именно к новым соединениям водорастворимых молекулярных щеток с полифлуореновой основной цепью и боковыми цепями полиметакриловой кислоты или поли(олигоэтиленгликоль)метакрилата.

В настоящее время актуальной задачей является создание новых функциональных полимерных материалов, которые могут найти применение в биомедицине, диагностике, оптоэлектронике и других высокотехнологичных областях. Важным направлением в данной области является развитие разветвленных полимерных систем с хорошо определенной контролируемой структурой. Ярким представителем подобных систем являются молекулярные полимерные щетки, представляющие собой привитые сополимеры, состоящие из “скелета” основной цепи и ковалентно присоединенных к нему боковых цепей. В литературе много данных по плотно привитым полимерным щеткам с виниловой основной цепью, но относительно мало информации по полимерным щеткам с поликонденсационной основной цепью. Однако такие системы представляют особый интерес, так как в пространство между менее плотно привитыми гидрофильными боковыми цепями можно инкапсулировать гидрофобные лекарства, например, агенты фотодинамической терапии. Это продемонстрировано в работах (Yakimansky A.V., Meleshko T.K., Ilgach D.M., Bauman M.A., Anan’eva T.D., Klapshina L.G., Lermontova S.A., Balalaeva I.V., Douglas W.E. Novel regular polyimide-graft-(polymethacrylic acid) brushes: Synthesis and possible applications as nanocontainers of cyanoporphyrazine agents for photodynamic therapy. J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem. 2013. V. 51. No. 20. P. 4267-4281 и Shilyagina N.Y., Peskova N.N., Lermontova S.A., Brilkina A.A., Vodeneev V.A., Yakimansky A.V., Klapshina L.G., Balalaeva I.V. Effective delivery of porphyrazine photosensitizers to cancer cells by polymer brush nanocontainers. Journal of Biophotonics. 2017. V. 10. No. 9. P. 1189-1197). Были разработаны методы получения новых молекулярных щеток с полиимидной основной цепью и боковыми цепями поли-трет-бутилметакрилата путем контролируемой радикальной полимеризации (ATRP) на мультицентровых макроинициаторах на основе модифицированных гидроксилсодержащих полиимидов. С помощью модификации боковых цепей таких щеток путем снятия трет-бутильной защиты в кислой среде получены амфифильные полиимидные щетки с боковыми цепями полиметакриловой кислоты. Было показано, что такие полиимидные щетки, растворимые в спирте и воде, могут использоваться в качестве наноконтейнеров для порфиразиновых агентов фотодинамической терапии рака и для создания нанокомпозитных мультислойных прочных оболочек полых микро- и нанокапсул для различных приложений. В данных работах было продемонстрировано, что молекулярные щетки с основной полиимидной цепью и боковыми цепями полиметакриловой кислоты обеспечивают высокую эффективность и селективность доставки агентов фотодинамической терапии, таких как цианопорфиразины в клетки различных опухолей, что было показано экспериментами in vivo и in vitro.

В последнее время активно развивается направление по синтезу люминесцирующих амфифильных полимерных щеток на основе сопряженных полимеров - полифлуоренов. Данные системы обладают несомненным преимуществом - они люминесцируют с высокими квантовыми выходами, что может быть использовано в различных областях биомедицины. Спектром люминесценции можно управлять путем вариации структуры полифлуорена.

В работах китайских ученых (Zhang Z., Lu X., Fan Q., Hu W., Huang W. Conjugated polyelectrolyte brushes with extremely high charge density for improved energy transfer and fluorescence quenching applications. Polym. Chem. 2011. V. 2. No. 10. P. 2369-2377 и Zhao H., Hu W., Ma H., Jiang R., Tang Y., Ji Y., Hou B., Deng W., Fan Q. Photo-Induced Charge-Variable Conjugated Polyelectrolyte Brushes Encapsulating Upconversion Nanoparticles for Promoted siRNA Release and Collaborative Photodynamic Therapy under NIR Light Irradiation. Adv. Funct. Mater. 2017. V. 27. P. 1702592) разработан способ получения водорастворимых полимерных щеток с полифлуореновой основной цепью и боковыми цепями поли-N,N-диметиламиноэтилметакрилата методом ATRP на полифлуореновом макроинициаторе. Полученные полимерные щетки люминесцируют синим светом с квантовым выходом 52% и могут быть кватернизованы для придания им новых свойств. Например, были получены объекты с цвиттер-ионной природой. Они были применены для покрытия апконверсионных наночастиц для фотодинамической терапии, которые также несли в себе малые интерфирирующие РНК за счет связывания с катионом от полимерных щеток.

Также в работе (Ji Y., Lu F., Hu W., Zhao H., Tang Y., Li B., Hu X., Li X., Lu X., Fan Q., Huang W. Tandem activated photodynamic and chemotherapy: Using pH-Sensitive nanosystems to realize different tumour distributions of photosensitizer/prodrug for amplified combination therapy. Biomaterials. 2019. V. 219. P. 119393) были созданы pH-чувствительные наночастицы для фотодинамической терапии, содержащие полифлуореновую цвиттер-ионную щетку.

В работе (Gu P., Liu X., Tian Y., Zhang L., Huang Y., Su S., Feng X., Fan Q., Huang W. A novel visible detection strategy for lysozyme based on gold nanoparticles and conjugated polymer brush. Sensors and Actuators B. 2017. V. 246. P. 78-84) описана методика создания сенсора на лизоцим на основе наночастиц золота и полифлуореновой щетки, содержащей в основной цепи 1 мол.% бензотиазола, с боковыми цепями поли-N,N-диметиламиноэтилметакрилата, кватернизованными метилиодидом. Аналогичная полимерная щетка была использована для создания методики детектирования опухолевого маркера (X. Liu, L. Shi, Z. Zhang, Q. Fan, Y. Huang, S. Su, C. Fan, L. Wang, W. Huang. Monodispersed nanoparticles of conjugated polyelectrolyte brush with high charge density for rapid, specific and label-free detection of tumor marker. Analyst. 2015. V. 140. P. 1842-1846).

В работах ученых (Yang C., Liu H., Zhang Y., Xu Z., Wang X., Cao B., Wang M. Hydrophobic-sheath segregated macromolecular fluorophores: colloidal nanoparticles of polycaprolactone-grafted conjugated polymers with bright far-red/near-infrared emission for biological imaging. Biomacromolecules. 2016. V. 17 No. 5. P. 1673-1683 и Yang C., Huang S., Wang X., Wang M. Theranostic unimolecular micelles of highly fluorescent conjugated polymer bottlebrushes for far red/near infrared bioimaging and efficient anticancer drug delivery. Polym. Chem. 2016. V. 7. No. 48. P. 7455-7468.) разработан синтез полифлуореновых щеток с боковыми цепями поли-капролактона и сополимера поли-капролактон-блок-поли-олигоэтиленгликольметакрилата, люминесцирующих в красной области спектра. Данные амфифильные полимерные системы образуют мицеллы и могут быть использованы для создания систем солюбилизации и направленной доставки гидрофобных веществ. Аналогичный полифлуорен, излучающий красный свет, был использован в качестве макроинициатора для прививки методом RAFT сополимера, содержащего гидрофобную часть с противораковым лекарством - каптотецином, присоединенным через дисульфидный мостик, и гидрофильную - поли(олигоэтиленгликоль)метакрилат (Yang C., Huang S., Jia T., Peng Y., Wei X., Wang M. Sub-10 nm Theranostic Unimolecular Micelles with High Tumor-Specific Accumulation, Retention, and Inhibitory Effect. ACS Applied Bio Materials. 2019. V. 2. No. 10. P. 4142-4153).

В патенте РФ № 2750037 описаны молекулярные щетки, которые представляют собой макромолекулы полиметакриловой кислоты, привитые одним концом к целлюлозе. Они были получены в несколько стадий. Сначала модифицировали гидроксильные группы целлюлозы α-бромизобутироил бромидом. Далее провели ATRP трет-бутилметакрилата от целлюлозного макроинициатора. Так были получены полимерные щетки с боковыми цепями поли-трет-бутилметакрилата, которые кислотным гидролизом трифторуксусной кислотой были превращены в амфифильную щетку с боковыми цепями полиметакриловой кислоты. Данные полимерные щетки обладают водо- и спирторастворимостью. Они так же, как и описанные выше полимерные щетки с полиимидной основной цепью, способны солюбилизировать гидрофобные агенты фотодинамической терапии и отличаются тем, что являются биоразлагаемым материалом, который может быть легко удален из организма.

Однако, описанные выше биосовместимые полимерные щетки на полиимидах и целлюлозе с боковыми цепями полиметакриловой кислоты не люминесцируют, что не позволяет определить механизм транспорта содержимого и локализацию щеток в клеточном пространстве.

В патенте РФ № 2736483 описаны молекулярные люминесцирующие щетки с полифлуореновой основной цепью и боковыми цепями поли-алкилоксазолинов, которые обладают термочувствительностью и являются биосовместимыми и водорастворимыми. Данные полимерные щетки были синтезированы методом «прививка через» путем поликонденсации по Сузуки оксазолиновых макромономеров. Данные макромономеры получены путем катионной полимеризации с раскрытием цикла алкилоксазолинов, инициируемой 2,7-дибром-9,9-ди-(6-бромгексил) флуореном.

Недостатком данного метода является то, что у полученных полимерных щеток невысокая степень полимеризации основной цепи из-за стерических препятствий, а также имеются сложности с очисткой конечного продукта от примесей Pd катализатора и непрореагировавшего макромономера.

В патенте РФ № 2777171 разработаны полифлуореновые молекулярные щетки с боковыми цепями полиметакриловой кислоты, люминесцирующие синим светом. Получены они аналогично полиимидным щеткам. Синтезирован полифлуореновый мультицентровый макроинициатор путем модификации боковых гидроксильных групп полифлуорена α-бромизобутироил бромидом. Далее путем ATRP трет-бутилметакрилата от данного макроинициатора были получены полимерные щетки с боковыми цепями поли-трет-бутилметакрилата, которые кислотным гидролизом трифторуксусной кислотой были превращены в амфифильную щетку с боковыми цепями полиметакриловой кислоты. Данные полимерные щетки обладают водо- и спирторастворимостью. Они так же, как и описанные выше полимерные щетки с полиимидной и целлюлозной основной цепью, способны солюбилизировать гидрофобные агенты фотодинамической терапии, такие как цианопорфиразины.

Однако описанные выше полимерные щетки флуоресцируют синим светом. Синяя люминесценция недостаточно контрастна для биовизуализации. Поэтому перспективной задачей представляется модификация полифлуореновой цепи люминофорами, изменяющими цвет люминесценции, например, бензотиадиазолом.

Задачей предлагаемого изобретения является создание новых соединений - водорастворимых, биосовместимых полифлуореновых щеток с боковыми цепями полиметакриловой кислоты и поли(олигоэтиленгликоль)метакрилата, обладающих интенсивной белой люминесценцией, устойчивостью при хранении в условиях комнатной температуры, водорастворимостью, проявляющих амфифильные свойства.

Указанная задача решается предлагаемым изобретением - разработка методики синтеза полифлуореновых щеток с боковыми цепями полиметакриловой кислоты и поли(олигоэтиленгликоль)метакрилата, излучающих белый свет.

Способ получения полифлуореновой щетки с боковыми цепями полиметакриловой кислоты и поли(олигоэтиленгликоль)метакрилата, включающий получение полифлуоренового мультицентрового макроинициатора путем синтеза мономера - 2,2'-(((2,7-дибром-9H-флуорен-9,9-диил) бис (гексан-6,1-диил)) бис (окси)) бис (тетрагидро-2H-пирана), синтез полифлуорена с боковыми защищенными гидроксильными группами методом поликонденсации по Сузуки, снятие пирановой защиты в боковых цепях полифлуорена и модификацию их α-бромизобутироил бромидом с добавлением иодида калия; взаимодействие полученного макроинициатора с трет-бутилметакрилатом или олигоэтиленгликоль метиловым эфиром метакрилатом с использованием толуола, бромида меди (I), N,N,N′,N′′,N′′-пентаметилдиэтилентриамина; обработку сополимера полифлуорена с поли-трет-бутилметакрилатными боковыми цепями в хлористом метилене трифторуксусной кислотой с получением конечного продукта общей структурной формулы:

где:

m - степень полимеризации боковой цепи цепи (20-150);

R: -COOH или -C(O)O(CH₂CH₂O)₁₀CH₃;

M_w основной цепи = 20 - 100 кДа.

Предлагаемые в настоящей заявке молекулярные щетки с основной полифлуореновой цепью и боковыми цепями полиметакриловой кислоты и полиолигоэтиленгликольметакрилата обладают всеми достоинствами полиимидных щеток, но в отличие от них и от аналогичных целлюлозных щеток, описанных выше, флуоресцируют белым светом с высокими квантовыми выходами, что может быть использовано для создания систем диагностики в биомедицине и сенсоров. Кроме того, данные системы могут найти применение для создания светоизлучающих устройств.

В патентной литературе не описано применение молекулярных щеток с основной полифлуореновой цепью и боковыми цепями полиметакриловой кислоты в качестве носителей для агентов фотодинамической терапии.

Данная работа выполнена при поддержке гранта Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых (контракт 14.W03.31.0022) от 26.04.2018.

В качестве исходных компонентов используют коммерческие реактивы: 6-бромгексанол-1 (97%), дигидропиран (97%), пара-толуолсульфокилота (98,5%), 2,7-дибромфлуорен (97%), -бромизобутирил бромид (98%), трифенилфосфин (99%), 9,9-диоктилфлуорен-2,7-диборной кислоты-бис(1,3-пропандиоловый) эфир (97%), тетракис(трифенилфосфит) палладия Pd(0)[PPh₃]₄ (99%), трикаприлметиламмоний хлорид (Aliquat® 336), пинаколиновый эфир фенилбороновой кислоты (97%), бром бензол (99%), металлический натрий (99,9%), триэтиламин (99,9%), N,N,N′,N′′,N′′-пентаметилдиэтилентриамин (99%, PMDETA), бромид меди (I) были приобретены в фирме Sigma-Aldrich и использованы без предварительной очистки. 4,7-дибромобензо-1,2,5-тиадиазол (95%, Sigma-Aldrich) очищен возгонкой перед использованием. Олигоэтиленгликоль метиловый эфир метакрилат (Mn=500, Sigma-Aldrich, ОЭГМА) очищен от ингибитора путем двухкратного пропускания через колонку, заполненную основной окисью аллюминия. Аргон высокой чистоты (99,998%). Хлористый метилен (хч, Вектон), хлороформ (хч, Вектон), петролейный эфир (хч, Вектон), этилацетат (хч, Вектон), диметилсульфоксид (ДМСО, хч, Вектон), метиловый спирт (хч, Вектон), ацетон (хч, Вектон). Гидроксид натрия, хлорид натрия, сульфат натрия (безводный), карбонат калия, йодид калия, гидрид кальция были приобретены в Вектоне. Тетрагидрофуран (ТГФ, хч, Вектон) и толуол (хч, Вектон) перегоняли над натрием в аргоне. Трет-бутилметакрилат (ТБМА, 98%, Sigma-Aldrich) был предварительно очищен от стабилизатора с помощью вакуумной перегонки.

Способ получения полифлуореновой щетки с боковыми цепями полиметакриловой кислоты включает в себя следующие стадии:

Синтез 2-((6-бромгексил)окси)тетрагидро-2H-пирана

2-((6-бромгексил)окси)тетрагидро-2H-пиран (2) синтезирован по следующей схеме:

В круглодонную колбу взвешен 7,5 г 6-бромгексанол-1 (1), добавляется 5,4 мл дигидропирана и растворяется в 90 мл ТГФ. Раствор перемешивается при комнатной температуре. Затем добавляется по каплям 50 мг пара-толуолсульфокилоты, растворенные в 10 мл ТГФ. Реакционная масса перемешивается при комнатной температуре в течение суток. После окончания реакционная смесь сконцентрирована. Полученный продукт очищен с помощью колоночной хроматографии (силикагель). В качестве элюента использована смесь петролейного эфир/ этилацетат (20/1). Одинаковые фракции соединены и сконцентрированы. Выход 97%.

Синтез 2,2'-(((2,7-дибром-9H-флуорен-9,9-диил) бис (гексан-6,1-диил)) бис (окси)) бис (тетрагидро-2H-пирана)

2,2'-(((2,7-дибром-9H-флуорен-9,9-диил) бис (гексан-6,1-диил)) бис (окси)) бис (тетрагидро-2H-пирана) (3) синтезирован по следующей схеме:

В круглодонной колбе взвешиваются 3 г 2,7-дибромфлуорена, 5,19 г (2,3 ммоль) KOH и 153 мг KI, и растворяются в 30 мл ДМСО, в атмосфере аргона. Смесь перемешивается в течение 30 минут при 60°С. Реакционная масса нагревается до 70°С и в течение 20 минут добавляется по каплям 5,4 г вещество 2, растворенное в 15 мл ДМСО. Синтез проходится в течении 24 часов. После охлаждения полученную реакционная масса экстрагирована системой этилацетат/вода. Органическая фаза сконцентрирована и очищена с помощью градиентной колоночной хроматографии (силикагель), используя в качестве элюента петролейный эфир/этилацетат (1/15), с последующим увеличением доли этилацетата в элюенте. Далее порошок промывается петролейным эфиром. Выход: 80%.

Синтез полифлуорена

Полифлуорен с защищенными боковыми гидроксильными группами (4) синтезирован по схеме:

В стеклянной круглодонной колбе взвешиваются навески 0,8144 г (1,18 ммоль) соединения (3), 0,6835 г (1,22 ммоль) 9,9-диоктилфлуорен-2,7-диборной кислоты-бис(1,3-пропандиоловый) эфира, 0,0071 г (0,02 ммоль) 4,7-дибром-2,1,3-бензотиадиазола, 20 мг трифенилфосфина. Колба снабжается холодильником и адаптером с отводом для ввода проб и вакуумным краном. Затем система вакуумируется и заполняется аргоном 3 раза. В боксе в атмосфере аргона взвешивается 20 мг катализатора Pd(0)[PPh₃]₄ и добавляется в колбу. Установка для синтеза вакуумируется и заполняется аргоном 3 раза. Затем в систему вводится с помощью шприца, через септу в адаптере, раствор 48 мг трикаприлметиламмоний хлорида (Aliquat® 336) в 1 мл толуола, 14 мл толуола, 10 мл раствора 2М K₂CO₃ (раствор в бидистилированной воде). Реакция проводится в микроволновом реакторе CEM Discover SP при температуре 92°С и мощности 80 Вт (Режим: SPS mode, ΔT=2°С). Спустя 80 минут в систему с помощью шприца добавляется раствор 28,7 мг (4 мол.%) 9,9-диоктилфлуорен-2,7-диборной кислоты-бис(1,3-пропандиоловый) эфира в 1 мл толуола и реакция продолжается. Через 60 минут к реакционной массе добавляется 70 мкл (4 мол.%) пара-бромэтокси бензола в 1 мл толуола и реакция продолжается еще 110 минут.

Полимер высаживается в метиловый спирт. Выпавший полимер выделяется на фильтре Шотта, промывается метанолом 4 раза, водой, снова метанолом, а затем продукт сушится. Проводится экстракция полимера в Сокслете с ацетоном в течение 3 дней. Далее полимер переосаждается. Для этого порошок полимера растворяется в ТГФ и медленно прикапывается в метанол, активно перемешивая. Осажденный продукт снова фильтруется на фильтре Шотта, промывается метанолом, а затем сушится в вакууме при 50°С.

Модификация полифлуорена

Защита боковых гидроксильных групп полифлуорена снимается по следующей схеме:

200 мг полимера (4) растворяется в смеси 180 мл ТГФ и 20 мл метанола. Раствор нагревается до 60°C, и затем добавляется 1,2 мл HCl (12 M). Время проведения синтеза 6 ч. После окончания реакции раствор концентрируется, твердый осадок растворяется в небольшом количестве ТГФ и высаживается в метиловый спирт. Осадок отфильтровывается и высушивается до постоянной массы в вакууме. В результате получается полифлуорен 5.

Синтез мультицентрового макроинициатора

Макроинициатор синтезируется по следующей схеме:

0,6593 г полифлуорена 5, 2 мл триэтиламина и 0,4421 г KI растворяются в 50 мл сухого ТГФ. Реакционная смесь охлаждается на ледяной бане до 0°С в атмосфере аргона.

Далее, медленно добавляется 0,9 мл 2-бромизобутироилбромида, после чего реакционная смесь медленно нагревается до комнатной температуры и перемешивается в течение 24 часов. Далее смесь отфильтровывается от соли триэтиламин гидробромида. Полученный раствор концентрируется и высаживается в метанол. Порошок промывается метанолом и водой, затем переосаждается из ТГФ в метанол и сушится в вакууме по 50°С. Mw=85600 г/моль, Mw/Mn=2,1.

Синтез полимерной щетки с боковыми цепями поли-трет-бутилметакрилата

Полифлуореновую щетку с боковыми цепями поли-трет-бутилметакрилата (ПФ-прив-ПТБМА) синтезируется по следующей схеме:

В колбу Шленка взвешивается 0,028 г макроинициатора. Колба закрывается резиновой септой. Затем реакционная смесь вакуумируется, заполняется аргоном 3 раза. Добавляется 5,4 мл толуола и перемешивается до полного растворения макроинициатора. В токе аргона вносится 1,6 мл ТБМА. Отдельно готовится катализатор. Для этого 12,3 мг PMDETA смешивается с 1,2 мл N-метилпирролидоне и продувается аргоном в течение 1 часа. В отдельной колбе с отводом откачивается и заполняется аргоном 3 раза 0,006 г CuCl. После этого через септу с помощью шприца к CuCl добавляется раствор лиганда. После растворения меди с образованием комплекса, вносится раствор катализатора в реакционную систему с помощью шприца. Полученная реакционная масса дегазируется методом охлаждение-откачка-нагревание (freeze-pump-thaw) три раза. С этой целью раствор замораживается жидким азотом, затем вакуумируется в течение 5-10 минут, и оттаивается в вакууме при перемешивании на магнитной мешалке. Далее колба заполняется аргоном. Реакция проводится на магнитной мешалке при нагревании на масляной бане при 60°С 3 часа.

Толуол и ТБМА продувается аргоном в течение часа перед добавлением в систему.

По окончании реакции колба охлаждается и раствор разбавляется ТГФ. Раствор пропускается через колонку с окисью алюминия (активированной, нейтральной), и промывается ТГФ. Далее раствор концентрируется и высаживается в систему МеОН/вода 10:1. Выпавшая полимерная щетка выделяется на фильтре Шотта, промывается 3 раза смесью МеОН/вода 10:1, затем переосаждается. Для этого порошок растворяется в 7-10 мл ТГФ и медленно прикапывается в 100 мл смеси МеОН/вода 10:1, активно перемешивая. Осажденный продукт - белый порошок, снова фильтруется, промывается той же смесью осадителя, а затем сушится в вакууме при 50°С. Конверсия полимера определена весовым методом. Она составила 46%. Mw=380000 г/моль, Mw/Mn=2,8.

Синтез полимерной щетки с боковыми цепями полиметакриловой кислоты

Полифлуореновую щетку с боковыми цепями полиметакриловой кислоты ПФ-прив-ПМАК синтезировали по следующей схеме:

В раствор сополимера ПФ-прив-ПТБМА концентрации 4 масс.% в свежеперегнанном хлористом метилене вносится свежеперегнанная трифторуксусная кислота в мольном соотношении трет-бутильная группа : трифторуксусная кислота = 1 : 10. Реакция проводится при комнатной температуре при постоянном перемешивании в течение 24 ч. Затем растворитель выпаривается, осадок переосаждается из этилового спирта в хлористый метилен. Полимер сушится в вакууме при 40°С.

Структура макроинициатора подтверждена методом 1Н ЯМР спектроскопии (Фиг. 1а). По соотношению интегральных интенсивностей ароматических протонов и алифатических протонов инициирующих групп определена степень функционализации макроинициатора. Она составила 100%. Структуры сополимеров ПФ-прив-ПТБМА и ПФ-прив-ПМАК подтверждены методами 1Н ЯМР спектроскопии (Фиг. 1б) по исчезновению сигнала протонов трет-бутильных групп и ИК-спектроскопии на ИК-Фурье спектрометре Shimadzu IRAffinity-1S с приставкой однократного НПВО Quest single ATR attachment (Specac), по изменению полос колебаний карбонильных групп (Фиг. 2). Молекулярно-массовые характеристики полимеров определены методом гель-проникающей хроматографии на приборе Agilent Technologies 1260 Infinity, снабженном рефрактометрическим детектором, предколонкой и двумя колонками Agilent Technologies PLgel 5 μm MIXED-C, 300 × 7.5 мм. Температура детектора и колонок установлена на 40°С. ТГФ использован в качестве элюента со скоростью потока 1.0 мл/мин. Молекулярные массы определены относительным методом по полистирольным стандартам. Унимодальность хроматограмм всех полученных полимеров свидетельствует о получении индивидуальных полимеров.

Синтез полимерной щетки с боковыми цепями поли-олигоэтиленгликольметакрилата

Полифлуореновую щетку с боковыми цепями поли-олигоэтиленгликольметакрилата (ПФ-ПОЭГМА) синтезировали по следующей схеме:

В колбу Шленка взвешивается 0,019 г макроинициатора. Колба закрывается резиновой септой. Затем реакционная смесь вакуумируется, заполняется аргоном 3 раза. Добавляется 12 мл толуола и перемешивается до полного растворения макроинициатора. В токе аргона вносится предварительно продутый раствор 7,6 мг PMDETA в 1 мл толуола и 1,76 мл ОЭГМА. Реакционная масса дегазируется методом охлаждение-откачка-нагревание (freeze-pump-thaw) три раза. С этой целью раствор замораживается жидким азотом, затем вакуумируется в течение 5-10 минут, и оттаивается в вакууме при перемешивании на магнитной мешалке. На 4 раз заморозки в токе аргона на лед добавляется 5,3 мг CuBr, после чего повторяется цикл охлаждение-откачка-нагревание еще 3 раза. Далее колба заполняется аргоном. Реакция проводится на магнитной мешалке при нагревании на масляной бане при 60°С 3 часа.

Толуол и ОЭГМА продувается аргоном в течение часа перед добавлением в систему.

По окончании реакции колба охлаждается и раствор разбавляется ТГФ. Раствор пропускается через колонку с окисью алюминия (активированной, нейтральной), и промывается ТГФ. Далее раствор концентрируется и высаживается в холодный гексан. Раствор декантируется, выпавшая полимерная щетка растворяется в воде и очищается в диализном мешке (12-14 кДа) в течение 2 дней. После диализа полимерная щетка осушается от воды с помощью лиофильной сушки. Конверсия полимера определена весовым методом. Она составила 52%. Mw=5920000 г/моль, Mw/Mn=1,6.

Люминесцентные свойства полимеров

Полимерные щетки ПФ-прив-ПМАК и ПФ-прив-ПОЭГМА растворяются в воде. В спектрах люминесценции (при возбеждении УФ светом с длиной волны 384 нм) присутствует полоса, относящаяся к люминесценции флуорена и бензотиадиазола (Фиг. 3). В водном растворе щетки ПФ-прив-ПМАК флуоресцируют светом, близким к белому свету с координатами цветности CIE 1931: x = 0,27, y = 0,34 (Фиг. 4).

Щетки ПФ-прив-ПОЭГМА в водном растворе люминесцируют с координатами цветности CIE 1931: x = 0,26, y = 0,24 (Фиг. 5а), в пленке, отлитой из раствора в толуоле - CIE 1931: x = 0,28, y = 0,29 (Фиг. 5б).

Спектры поглощения получены на спектрофотометре Shimadzu UV-1900, спектры флуоресценции - на спектрофлуориметре Shimadzu RF-6000.

Графические материалы:

Фиг. 1. ¹H ЯМР спектры:

a) макроинициатора;

б) полифлуорен с привитыми цепями поли-трет-бутилметакрилата ПФ-прив-ПТБМА и полифлуорен с привитыми цепями полиметакриловой кислоты ПФ-прив-ПМАК.

Фиг. 2. ИК-спектры полимерных щеток ПФ-прив-ПТБМА и ПФ-прив-ПМАК.

Фиг. 3. Спектральные характеристики полимеров:

a) спектры поглощения макроинициатора, ПФ-прив-ПМАК и ПФ-прив-ПОЭГМА;

б) спектры флуоресценции макроинициатора (в ТГФ), ПФ-прив-ПМАК (в воде) и ПФ-прив-ПОЭГМА (в воде).

Фиг. 4. CIE 1931 для ПФ-прив-ПМАК в водном растворе.

Фиг. 5. CIE 1931 для ПФ-прив-ПОЭГМА:

a) в пленке;

б) в водном растворе.

Таким образом, в результате получены новые полимерные соединения, представляющие собой порошок белого цвета, обладающие устойчивостью при хранении в условиях комнатной температуры, водорастворимостью, флуоресценцией в белой области.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем: молекулярные полифлуореновые щетки с боковыми цепями полиметакриловой кислоты могут быть использованы для создания оболочек нано-и микрокапсул, применяемых для целевой доставки лекарств, а также в качестве солюбилизирующих наноконтейнеров для гидрофобных соединений, используемых в целях фотодинамической терапии и диагностики. Сополимеры с боковыми цепями поли(олигоэтиленгликоль)метакрилата являются перспективными для применения в области создания светоизлучающих устройств, так как в пленке излучают свет близкий к белому и растворимы в «зеленых растворителях», таких как спирты и вода.

Настоящее изобретение относится к способу получения полифлуореновых щеток с боковыми цепями полиметакриловой кислоты или поли(олигоэтиленгилколь)метакрилата. Описан способ получения полифлуореновой щетки с боковыми цепями полиметакриловой кислоты или поли(олигоэтиленгликоль)метакрилата, включающий получение полифлуоренового мультицентрового макроинициатора путем синтеза мономера – 2,2'-(((2,7-дибром-9H-флуорен-9,9-диил) бис (гексан-6,1-диил)) бис (окси)) бис (тетрагидро-2H-пирана), синтез полифлуорена с боковыми защищёнными гидроксильными группами методом поликонденсации по Сузуки, снятие пирановой защиты в боковых цепях полифлуорена и модификацию их α-бромизобутироил бромидом с добавлением иодида калия; взаимодействие полученного макроинициатора с трет-бутилметакрилатом или олигоэтиленгликоль метиловым эфиром метакрилатом с использованием толуола, бромида меди (I), N,N,N′,N′′,N′′-пентаметилдиэтилентриамина; обработку сополимера полифлуорена с поли-трет-бутилметакрилатными боковыми цепями в хлористом метилене трифторуксусной кислотой с получением конечного продукта общей структурной формулы: где: m - степень полимеризации боковых цепей (20-150); R: -COOH или -C(O)O(CH₂CH₂O)₁₀CH₃; M_w основной цепи = 20 – 100 кДа. Технический результат - молекулярные полифлуореновые щетки с боковыми цепями полиметакриловой кислоты могут быть использованы для создания оболочек нано- и микрокапсул, применяемых для целевой доставки лекарств, а также в качестве солюбилизирующих наноконтейнеров для гидрофобных соединений, используемых в целях фотодинамической терапии и диагностики. 8 ил.

Способ получения полифлуореновой щетки с боковыми цепями полиметакриловой кислоты или поли(олигоэтиленгликоль)метакрилата, включающий получение полифлуоренового мультицентрового макроинициатора путем синтеза мономера – 2,2'-(((2,7-дибром-9H-флуорен-9,9-диил) бис (гексан-6,1-диил)) бис (окси)) бис (тетрагидро-2H-пирана), синтез полифлуорена с боковыми защищёнными гидроксильными группами методом поликонденсации по Сузуки, снятие пирановой защиты в боковых цепях полифлуорена и модификацию их α-бромизобутироил бромидом с добавлением иодида калия; взаимодействие полученного макроинициатора с трет-бутилметакрилатом или олигоэтиленгликоль метиловым эфиром метакрилатом с использованием толуола, бромида меди (I), N,N,N′,N′′,N′′-пентаметилдиэтилентриамина; обработку сополимера полифлуорена с поли-трет-бутилметакрилатными боковыми цепями в хлористом метилене трифторуксусной кислотой с получением конечного продукта общей структурной формулы:

где:

m - степень полимеризации боковых цепей (20-150);

R: -COOH или -C(O)O(CH₂CH₂O)₁₀CH₃;

M_w основной цепи = 20 – 100 кДа.