Polym. Chem. | Thio-bromo后修饰合成可降解阳离子聚合物
大家好，今天给大家分享一篇近期发表在Polymer Chemistry上的研究进展，题为：Synthesis of fully degradable cationic polymers with various topological structures via postpolymerization modification by using thio-bromo “click” reaction。在该工作中，作者以α位溴取代的聚(ε-己内酯)为前体，加入二甲胺基乙硫醇作为亲核试剂，通过三乙胺催化的SN2反应合成得到以聚(ε-己内酯)为可降解主链的阳离子聚合物。该工作的通讯作者是来自中山大学的李远超和石毅。
阳离子聚合物可以和带有负电的生物大分子（如：核酸、蛋白质）通过正负电荷吸引形成静电复合物，因而具有重要的生物医药应用价值。按照来源划分，阳离子聚合物可分为天然存在和人工合成两大类。天然阳离子聚合物具有低毒性、良好的生物相容性和生物降解性、低免疫原性等诸多优点。但是，不同批次的天然聚合物之间往往存在较大差异，导致其实验可重复性差，难以大量应用。相反，人工合成的阳离子聚合物可以实现对聚合物分子量、拓扑结构和电荷密度的良好控制，并且可根据特定应用场景进行结构设计以实现预期功能，因而长久以来受到广泛关注。
在碱催化下，硫醇可以和α-溴代酯发生高效的SN2反应。这一反应最早被Percec等人用于树枝状高分子的合成，因其高效性又被称为thio-bromo“click”反应。作者巧妙地利用这一反应作为聚合后修饰手段，在聚合物的侧基上引入三级胺基团，从而使聚合物在水溶液中带正电荷。
具体来说，作者选取聚(ε-己内酯)（PCL）作为可降解主链结构，α-溴代-ε-己内酯（CL-Br）作为带有可后修饰位点的单体，ε-己内酯（CL）作为共聚单体，通过内酯的开环聚合得到P(CL-Br)均聚物、PCL-b-P(CL-Br)嵌段共聚物和PCL-g-(PCL-b-P(CL-Br))刷状聚合物等不同拓扑结构的聚合物，再通过与二甲胺基乙硫醇（DMAET）的thio-bromo反应对P(CL-Br)片段进行后修饰得到最终的阳离子聚合物（图1）。
图1. 合成不同拓扑结构的PCL主链阳离子聚合物
对于以上聚合物的合成，作者使用SEC和1H-NMR作为表征手段，对修饰前后的表征结果进行比对，确定了当量转化的高修饰效率。
随后，作者探究了两亲性的PCL-b-P(CL-DMAET)嵌段共聚物在水相的自组装行为。作者发现，固定PCL嵌段的长度，增大P(CL-DMAET)段的聚合度，可以使组装得到的纳米粒子的粒径（图2）和zeta电势增加。这说明组装体的大小和电荷密度可以通过阳离子亲水段的长度进行调节。此外，作者也通过TEM对组装体的形貌进行了表征，发现P(CL-DMAET)段聚合度为80的嵌段聚合物组装体形态为球形，而前两者为“叶片”状。
图2. 组装体的DLS表征
综上，作者通过α-溴代-ε-己内酯的开环（共）聚合得到了聚α-溴代酯这一具有活泼亲电位点的聚合物，再通过与带有三级胺基团硫醇的thio-bromo后修饰反应实现了主链可降解的阳离子聚合物的合成。通过该方法合成的嵌段共聚物的组装体的大小和电荷密度可以简单地通过带电嵌段的长度进行调节。