Star-shaped poly(2-oxazoline)s based on the chlorosulfonated calix[8]arene

Abstract

Поли(2-оксазолин)ы, как биосовместимые амфифильные полимеры, представляют интерес с точки зрения их использования в различных биомедицинских приложениях. Термочувствительность полиоксазолинов в водных растворах позволяет рассматривать их в качестве перспективного материала для систем доставки лекарств с селективным извлечением активного компонента под действием температуры. С другой стороны, каликс[n]арены, как эффективные комплексообразователи, могут выступать в качестве ядра функциональных звездообразных полимеров. Было показано, что арилсульфонилгалогениды являются эффективными инициаторами катионной полимеризации 2-оксазолинов. В связи с этим, сульфохлорированные каликсарены можно рассматривать как новый перспективный класс многофункциональных инициаторов для синтеза звездообразных поли(2-оксазолин)ов. В настоящей работе описан синтез звездообразных поли(2-алкил-2-оксазолин)ов с каликс[8]ареновым ядром, функционализированным по верхнему ободу. Инициатор – окта(хлорсульфонил)-окта((метоксикарбонил)метокси)-каликс[8]арен был получен в четыре стадии, исходя из трет-бутилкаликс[8]арена. Исследована кинетика полимеризации 2-этил-2-оксазолина на макроинициаторе в сульфолане при различных отношениях инициатор-мономер. Установлено, что константа скорости роста цепи составляет 2,1×10-4 л/моль•с при температуре 100°С. Катионную полимеризацию 2-этил-2-оксазолина и 2-изопропил-2-оксазолина проводили в растворе сульфолана при соотношении инициатор-мономер равном 1:240. Синтезированы пять образцов поли(2-оксазолин)ов, включая гомополимеры, блок-сополимеры и статистический градиентный сополимер. Длина полимерных лучей была определена методом спектроскопии ЯМР. Методом светорассеяния и ГПХ изучены молекулярно-массовые характеристики полученных полимеров. Термочувствительность полученных звездообразных полимеров изучалась для их 0,5% водных растворов. Показано, что точка помутнения для поли (2-этил-2-оксазолина) составила 57°С, в то время, как для поли (2-изопропил-2-оксазолина) – 37°С при узких интервалах перехода (менее 1°С). В случае блок- и градиентного сополимеров точка помутнения во всех случаях наблюдалась около 40°С, а интервалы переходов составляли 6-12°С. Установлено, что звездообразные поли(2-оксазолин)ы образуют водорастворимые комплексы с низкомолекулярными органическими соединениями.

Poly(2-oxazoline)s, as biocompatible and amphiphilic polymers, have been extensively applied for various biomedical purposes during last time. Moreover, their thermoresponsibility allows considering this class of polymers for temperature triggered drug delivery. On the other hand, calix[n]arene macrocycles, as effective complexing agents, could serve as cores of functional star-shaped polymeric objects. Since aryl sulfonyl halides are shown to be effective initiators of cationic oxazoline ring-opening polymerization (CROP), chlorosulfonated calixarenes are considered as a new class of multifunctional initiators of CROP. The present paper reports on the synthesis of star-shaped poly(2-alkyl-2-oxazoline)s with calix[8]arene core. The functional initiator, octakis(chlorosulfonyl)-octakis(methoxycarbonylmethoxy)calix[8]arene was synthesized in four steps. The kinetics of 2-ethyl-2-oxazoline polymerization was investigated at 100°C in sulfolane with the different monomer-to-initiator ratios. Obtained rate constant was equal to 2,1×10-4 l/mol•s. Polymerization of 2-ethyl-2-oxazoline and 2-isopropyl-2-oxazoline was carried in sulfolane solutions with the monomer-to-initiator ratio equal to 1:240. Five samples of poly(2-oxazoline)s were synthesized, including homopolymers, block copolymers and the statistical gradient copolymer. The polymeric arm length was determined by means of NMR, using the 4-methylpiperidine as termination agent. Molecular weight characteristics of obtained polymers were studied, using GPC and light scattering. Thermoresponsibility of obtained star shaped polymers was studied in their 0,5 % water solutions. The cloud point was found to be 57°С for poly(2-ethyl-2-oxazoline) and 37°C for poly(2-isopropyl-2-oxazoline) with narrow transition intervals (less than 1°С). Cloud point for both block copolymers and a gradient copolymer was equal to 41°С with wide transition intervals (6-12°С). Complexation properties of star-shaped poly(2-ethyl-2-oxazoline) with tetraphenylporphyrin (TPP) as model compound were demonstrated in their water solution.