制备聚酯的方法

摘要

本发明涉及制备聚酯或含有酯官能的共聚物的方法，更特别涉及采用金属介导开环聚合制备聚酯或含有酯官能的共聚物的方法。本发明的方法包括提供具有6至40个碳原子的环尺寸的任选被取代的内酯；并使用根据通式(I)的化合物作为催化剂对所述内酯施以金属介导开环聚合，其中M选自Al、Ti、V、Cr、Mn和Co；X和X′独立地为杂原子；Y和Y′独立地选自O、N、S、P、C、Si和B；Z选自氢、硼氢化物、铝氢化物、二价碳基、甲硅烷基、氢氧化物、醇盐、芳氧化物、羧酸盐、碳酸盐、氨基甲酸盐、酰胺基、硫醇盐、磷化物和卤化物；L1和L2独立地分别为将X和Y连接在一起和将X′和Y′连接在一起的有机配体；和L3是任选的将Y和Y′连接在一起的有机配体。

权利要求

1.制备聚酯的方法，包括：

提供具有9至40个碳原子的环尺寸的任选被取代的内酯；并使用根据通式(I)的化合物作为催化剂对所述内酯施以金属介导开环聚合：其中

-M选自Al、Ti、V、Cr、Mn和Co；

-X和X'独立地为杂原子；

-Y和Y'独立地选自O、N、S、P、C、Si和B；

-Z选自氢、硼氢化物、铝氢化物、二价碳基、甲硅烷基、氢氧化物、醇盐、芳氧化物、羧酸盐、碳酸盐、氨基甲酸盐、酰胺基、硫醇盐、磷化物和卤化物；

1 2

-L和L 独立地分别为将X和Y连接在一起和将X'和Y'连接在一起的有机配体；和3

-L是将Y和Y'连接在一起的任选的有机配体。

2.如权利要求1所述的方法，其中X和X'是相同的，和/或Y和Y'是相同的，和/或

1 2

L和L 是相同的。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中该催化剂是通式(II)的化合物：其中M、Z、L1、L2和L3具有如上定义的相同含义。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中L1和L2是相同的，并选自：

1 2

其中Q表示连接到Y和/或Y’的结构部分的位置，并且Q 表示连接到X和/或X’的结构部分的位置，并且其中1

-R选自氢、C1-6烷基或苯基；和

2 3

-R和R 独立地选自氢、C1-10烷基、甲硅烷基、C1-6烷氧基、C3-8环烷基、C3-8环烷氧基、芳基、芳氧基、卤素和含有1至4个选自氧、硫、氮和磷的杂原子的5-或6-元杂环；

4 5 6

-R、R和R 独立地选自氢、C1-10烷基、C1-10卤代烷基、甲硅烷基、C1-6烷氧基、C3-8环烷基、C3-8环烷氧基、芳基、芳氧基、卤素和含有1至4个选自氧、硫、氮和磷的杂原子的5-或

4 5 5

6-元杂环，或者R和R 一起形成任选含有1至4个杂原子的5-或6-元环体系，或者R 和6

R一起形成任选含有1至4个杂原子的5-或6-元环体系；和

7 8

-R和R 独立地选自氢、C1-10烷基、甲硅烷基、C1-6烷氧基、C3-8环烷基、C3-8环烷氧基、芳基、芳氧基、卤素和5-或6-元杂环。

5.如权利要求1所述的方法，其中该催化剂是通式(III)的化合物：其中

3

-L具有如上定义的相同含义；

1-4

-R 独立地选自氢、C1-10烷基、甲硅烷基、C1-6烷氧基、C3-8环烷基、C3-8环烷氧基、芳基、芳氧基、卤素和含有1至4个选自氧、硫、氮和磷的杂原子的5-或6-元杂环；和5

-R选自氢；式BH4-xRx的硼氢化物，其中x是0-3的整数，并且R是二价碳基、醇盐；式AlH4-xRx的铝氢化物，其中x是0-3的整数且R是二价碳基、醇盐；选自任意烃、-CR3、-芳基、-CR＝CR2、-C≡CR的二价碳基，其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基；式-SiR3的甲硅烷基，其中R是氢、任选取代的烷基任选取代的芳基；氢氧化物；式-OR的醇盐，其中R是任选取代的烷基；式-OAr的芳氧化物；式-OC(＝O)R的羧酸盐，其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基；式-OC(＝O)OR的碳酸盐，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基；式-OC(＝O)NR2的氨基甲酸盐，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基；式-NR2的酰胺基，其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基；式-SR的硫醇盐，其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基；式-PR2的磷化物，其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基；和卤素。

3

6.如权利要求5所述的方法，其中L 选自-(CH2)2-、1,2-苯基和1,2-环己基。

1-4

7.如权利要求5所述的方法，其中R 独立地选自氢、甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、2,2-二甲基丁烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2,3-二甲基丁烷和环己烷。

1 2 3 4

8.如权利要求5所述的方法，其中R 、R、R和R 的至少两个是相同的。

5

9.如权利要求5-8任一项所述的方法，其中R 选自式-OR的醇盐，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基；式-OC(＝O)R的羧酸盐，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基；式-NR2的酰胺基，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基；式-SR的硫醇盐，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基；或式BH4-xRx的硼氢化物，其中x是1-3的整数，并且R是任选取代的烷基、任选取代的芳基。

10.如权利要求5-8任一项所述的方法，其中

1 2 3 4

-R、R、R和R 独立地选自氢或叔丁基；和5

-R选自甲基、乙基、甲氧基、乙氧基或苯甲酰氧基。

11.如权利要求1或2所述的方法，其中所述内酯选自δ-戊内酯、ε-己内酯、7-庚内酯、8-辛内酯、9-壬内酯、10-癸内酯、11-十一内酯、12-十二内酯、13-十三内酯、14-十四内酯、15-十五内酯、16-十六内酯、4-甲基己内酯、l,5-二氧杂环庚烷-2-酮、蓖麻油酸的内酯、13-己基氧杂环十三烷-2-酮、5-十四碳烯-14-内酯、11-十五碳烯-15-内酯、

12-十五碳烯-15-内酯、7-十六碳烯-16-内酯、9-十六碳烯-16-内酯、10-氧杂十六内酯、11-氧杂十六内酯、12-氧杂十六内酯、12-氧杂十六碳烯-16-内酯、6-癸内酯、6-十二内酯、8-十六内酯、10-十六内酯、12-十六内酯和6-癸烯-6-内酯。

12.如权利要求11所述的方法，其中所述内酯选自10-癸内酯、11-十一内酯、12-十二内酯、13-十三内酯、14-十四内酯、15-十五内酯和16-十六内酯。

13.如权利要求1或2所述的方法，其中内酯与催化剂之间的分子比为20:1-1000:1的范围内。

14.如权利要求13所述的方法，其中内酯与催化剂之间的分子比为40:1-750:1的范围内。

15.如权利要求13所述的方法，其中内酯与催化剂之间的分子比为50:1-500:1的范围内。

16.如权利要求1或2所述的方法，其中所述开环聚合在脂族或芳族烃溶剂、卤代的脂族或芳族烃溶剂或醚溶剂的存在下进行。

17.如权利要求1或2所述的方法，其中所述催化剂与引发剂结合使用。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述催化剂与引发剂以等摩尔比结合使用。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述引发剂选自醇、水、羧酸和胺。

20.如权利要求1或2所述的方法，其中所述聚酯具有通过尺寸排除色谱法在

1,2,4-三氯苯中在160℃下使用聚苯乙烯校准测得的10 000克/摩尔或更高的数均分子量。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述内酯具有超过9个碳原子的环尺寸，并且制备的聚酯具有通过尺寸排除色谱法在1,2,4-三氯苯中在160℃下使用聚苯乙烯校准测得的

100 000克/摩尔或更高。

22.如权利要求1或2所述的方法，其中所述开环聚合以在100℃的工艺温度下测得的-1

0.01分钟 或更高的聚合速率进行。

23.如权利要求1-或2所述的方法，其中所述开环聚合在70-180℃的范围内的温度下实施。

24.如权利要求1或2所述的方法，其中制备的聚酯是共聚物，其中对至少两种不同的如权利要求1所定义的内酯，或者如权利要求1所定义的内酯与不同于如权利要求1所定义的内酯，的单体施以所述金属介导开环聚合。

说明书

制备聚酯的方法

[0001] 本发明涉及制备聚酯或含有酯官能的共聚物的方法，更特别涉及利用金属介导的开环聚合制备聚酯或含有酯官能的共聚物的方法，甚至更特别涉及所谓大环内酯(macrolactone)的金属介导开环聚合。

[0002] 聚酯因这些材料可以表现出的性质是极为引人注意的材料。这些性质例如包括生物相容性、生物可降解性和药物渗透性。因此，聚酯对药物和食品包装用途极具吸引力。为此，需要具有设计结构的材料，这意味着需要对聚合反应的高度控制。此外，由于具有合适的性质，聚酯可以在许多应用中构成对聚乙烯的引人注意的生物可降解替代品。传统的聚酯合成策略(采用例如缩聚反应)导致使这些材料的受控合成变成繁重的过程的基本问题。例如，通过缩聚反应制备聚酯可以伴随着化学计量比问题、对高转化率的需要以及除去反应过程中生成的小分子。

[0003] 这些常规策略的合适替代是内酯的开环聚合。这种聚合反应基于这样的事实：环状单体“打开”并通过链增长过程形成聚合物链。但是，开环聚合反应也难以控制，特别是当使用阴离子或阳离子引发剂时。

[0004] 已知的是开环聚合反应可以在温和的聚合条件下以令人满意的转化率用酶进行。例如，脂肪酶，如Candida Antarctica Lipase B(CALB)在内酯开环聚合中高度活性，并表现出对大环内酯的异常高的聚合速率。

[0005] 在该方法中内酯的反应性不受小内酯的高环应变(顺向酯键)的控制，而是受脂肪酶对大的环状内酯中存在的反向酯键构象的优先性控制。大环内酯由此可以容易地通过CALB聚合。例如，已经报道了数均分子量高至150 000克/摩尔的聚(十五内酯)(Focarete等人，J.Polym.Sci.B：Polym.Phys.2001，39，1721和De Geus等人，Polym.Chem.2010，1，525)。

[0006] 但是，所得聚酯对分子量和多分散指数(特别是≥2的多分散指数)的控制有限。此外，使用酶的开环聚合强烈受限于施加的温度，因为酶通常不能经受较高的反应温度。此外，可用于内酯的开环聚合的酶相当昂贵。

[0007] 考虑到酶促开环聚合的限制，已经努力寻找合适的替代的金属介导开环聚合法。此类方法特别有吸引力，因为它们通过使用亲核引发剂可以获得对聚合物分子量、分子量分布、共聚物组成和拓扑和端基的高度控制。通常认为，支持内酯开环聚合的驱动力是环状酯转化为聚酯链时环应变的释放，或在热力学方面通过焓的负改变获得。因此，由于环应变随内酯尺寸增加而降低，在金属介导的开环聚合中的反应性也如此。在实验方面，这由Duda在使用辛酸锌/丁醇作为催化剂/引发剂的不同尺寸内酯的开环聚合的比较研究中显示(Duda等人，Macromolecules 2002，35，4266)。虽然发现对六元(δ-戊内酯)和七元(ε-己内酯)内酯的相对聚合反应速率分别为2500和330，12-17元内酯的反应速率仅为大约1。因此，在文献中仅能发现极少的大环内酯(如15-十五内酯)的金属催化开环聚合的实例，虽然可以找到的那些实施例仅报道了低产率和低分子量。使用三(异丙醇)钇获得最佳结果，导致可接受的转化率和高至30 000克/摩尔的绝对数均分子量的分子量(Zhong等人，Macromol.Chem.Phys.2000，201，1329)。

[0008] WO 2006/108829涉及在至少一种式LiMaXam的催化剂的存在下通过内酯的聚合制造聚羟基链烷酸酯的方法。

[0009] JP 2001/0255190公开了一种内酯开环聚合催化剂，其可以简单地产生具有足够高的热稳定性的立体络合物。这种内酯开环聚合催化剂含有salen型金属络合物，并可用于制造聚酯和嵌段聚合物，特别是用于制造可生物降解的塑料与医药材料。

[0010] WO 2010/110460公开了制造交酯/ε-己内酯共聚物并由此制造接近理想无规共聚物的交酯/ε-己内酯共聚物同时控制分子量和分子量分布的方法。通过使用铝-salen络合物作为催化剂使交酯与ε-己内酯共聚合。

[0011] 科 研 论 文“Ring opening oligomerisation Reactions using aluminium complexes of Schiff’s bases as initiators”(Le Borgne等 人，Makromol.Chem.，macromol.Symp.73，37-46(1993))公开了衍生自席夫碱的铝引发剂，其可以成功地用于环氧乙烷、内酯和交酯的低聚合。

[0012] 考虑到现有技术，高度合意的是提供适于内酯的金属介导开环聚合的催化剂，该催化剂可以实现类似于对酶促开环聚合所报道的转化率和分子量。此外，合意的是结合内酯的酶促开环聚合的优点与金属介导开环聚合的热稳定性与金属介导开环聚合在控制分子量、分子量分布和端基方面的多功能性。

[0013] 本发明的目的在于提供对现有技术中面对的一个或多个上述问题的解决方案。

[0014] 本发明人发现，可以通过使用一种金属络合物催化剂至少部分地实现该目的。

[0015] 因此，在一个方面，本发明涉及制备聚酯的方法，包括：

[0016] 提供具有6至40个碳原子的环尺寸的任选被取代的内酯；并

[0017] 使用根据通式(I)的化合物作为催化剂对所述内酯施以金属介导开环聚合：

[0018]

[0019] 其中

[0020] -M选自Al、Ti、V、Cr、Mn和Co；

[0021] -X和X′独立地为杂原子；

[0022] -Y和Y′独立地选自O、N、S、P、C、Si和B；

[0023] -Z选自氢、硼氢化物、铝氢化物、二价碳基(carbyls)、甲硅烷基、氢氧化物、醇盐、芳氧化物、羧酸盐、碳酸盐、氨基甲酸盐、酰胺基、硫醇盐、磷化物和卤化物；1 2

[0024] -L和L 独立地分别为将X和Y连接在一起和将X′和Y′连接在一起的有机配体；和
3

[0025] -L是任选的将Y和Y′连接在一起的有机配体。

[0026] 发明人惊讶地发现，不同于其它金属络合物催化剂，式(I)的金属络合物催化剂能够以产生具有类似于通过酶促开环聚合所能获得的性质如多分散指数和分子量的聚合物的方式有效地催化内酯的金属介导开环聚合。此外，人们发现，本发明的内酯的金属介导开环聚合与内酯开环聚合中的其它金属基开环催化剂相比具有令人惊讶地快速的聚合反应动力学，并可媲美或优于内酯的酶促开环聚合。

[0027] 在根据通式(I)的化合物中，优选的是X与X′相同。同样优选的是Y与Y′相同。1 2
进一步优选的是L与L 相同。

[0028] 根据本发明，取代基Z尤其可以是硼氢化物或铝氢化物。硼氢化物(例如BH4)和铝氢化物(例如AlH4)是经氢化物键合的阴离子物类。这可以描述为M(μ-H)2AH2(M＝如上定义，A＝B、Al)。

[0029] 有机配体L1、L2和L3的实例包括四齿配体(如卟啉和salen和相关的席夫碱)、三齿配体(如三吡唑基硼酸盐和三吡唑基甲烷)和二齿配体(如苯氧基亚胺、(苯氧基)酮亚胺和烯醇亚胺)。

[0030] 优选地，X和X′均为O。优选的是Y和Y′均为N。因此，在本发明的优选实施方案中，使用下式(II)的催化剂：

[0031]1 2 3

[0032] 其中M、Z、L、L和L 与上文定义的相同。1 2

[0033] L和L 优选选自下列有机结构部分目录：

[0034]1 2

[0035] 其中Q指示连接到Y和/或Y’的结构部分的位置，并且Q 指示连接到X和/或X’的结构部分的位置，并且其中
1

[0036] -R选自氢、C1-6烷基(如甲基、乙基或丙基)或苯基；和2 3

[0037] -R和R 独立地选自氢、C1-10烷基、甲硅烷基、C1-6烷氧基、C3-8环烷基、C3-8环烷氧基、芳基、芳氧基、卤素(F、Cl、Br、I)和含有1至4个选自氧、硫、氮和磷的杂原子的5-或6-元杂环；
4 5 6

[0038] -R、R和R 独立地选自氢、C1-10烷基、C1-10卤代烷基(如氟代烷基)、甲硅烷基、C1-6烷氧基、C3-8环烷基、C3-8环烷氧基、芳基、芳氧基、卤素(F、Cl、Br、I)和含有1至4个选4 5
自氧、硫、氮和磷的杂原子的5-或6-元杂环，或者R和R 一起形成任选含有1至4个杂原
5 6
子的5-或6-元环体系，或者R和R 一起形成任选含有1至4个杂原子的5-或6-元环体
系；和

[0039] -R7和R8独立地选自氢、C1-10烷基、甲硅烷基、C1-6烷氧基、C3-8环烷基、C3-8环烷氧基、芳基、芳氧基、卤素(F、Cl、Br、I)和5-或6-元杂环。

[0040] 因此对于L1，Q1指示连接到Y的结构部分的位置，并且Q2指示连接到X的结构部分的位置；

[0041] 因此对于L2，Q1指示连接到Y’的结构部分的位置，并且Q2指示连接到X’的结构部分的位置；

[0042] 任选的基团L3优选是直链或支链的脂族链、或环状或芳族结构部分，其含有2至3
30个碳原子，任选含有1至10个选自N、O、F、Cl和Br的杂原子。更优选地，L选自-(CH2)2-、
1，2-苯基和1，2-环己基。

[0043] 甚至更优选地，本发明的方法中所用的催化剂化合物是下面通式(III)的化合物：

[0044]

[0045] 其中

[0046] -L3具有如上定义的相同含义并优选选自-(CH2)2-、1，2-苯基和1，2-环己基；

[0047] -R1-4独立地选自氢、C1-10烷基、甲硅烷基、C1-6烷氧基、C3-8环烷基、C3-8环烷氧基、芳基、芳氧基、卤素(F、Cl、Br、I)和含有1至4个选自氧、硫、氮和磷的杂原子的5-或6-元杂环；和

[0048] -R5选自氢(H)、硼氢化物(BH4-xRx，其中x是0-3的整数，并且R是二价碳基、醇盐)、铝氢化物(AlH4-xRx，其中x是0-3的整数且R是二价碳基、醇盐)、二价碳基(任意烃、-CR3、-Ar(芳基)、-CR＝CR2、-C≡CR，其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基)、甲硅烷基(-SiR3，其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基)、氢氧化物(-OH)、醇盐(-OR，其中R是任选取代的烷基)、芳氧化物(-OAr)、羧酸盐(-OC(＝O)R，其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基)、碳酸盐(-OC(＝O)OR，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基)、氨基甲酸盐(-OC(＝O)NR2，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基)、酰胺基(-NR2，其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基)、硫醇盐(-SR，其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基)、磷化物(-PR2，其中R是氢、任选取代的烷基、任选取代的芳基)和卤素(F、Cl、Br、I)。

[0049] 用于本申请的术语“二价碳基”指的是所有类型的烃(包括烷基、芳基、乙烯基、乙炔等等)。

[0050] 取代基R1、R2、R3和R4独立地选自氢、C1-10烷基、甲硅烷基、C1-6烷氧基、C3-8环烷基、C3-8环烷氧基、芳基、芳氧基、卤素(F、Cl、Br、I)和含有1至4个选自氧、硫、氮和磷的杂原子的5-或6-元杂环。更大的、大体积的取代基被发现对聚合反应速率有不利的影响。不1 2 3 4
希望被任何理论束缚，发明人相信，大体积的残基R、R、R和R 在铝核周围引起了位阻，据信这提高了单体靠近该核的能垒。这接下来极大地降低了反应的速率。因此，在一个优选
1 2 3 4 1 2 3 4
的实施方案中，该取代基R、R、R和R 相对较小。该取代基R 、R、R和R 例如可以独立地选自氢、甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、2，2-二甲基丁烷、2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2，3-二甲基丁烷、环己烷、甲醇盐、
1 2 3 4
乙醇盐、(正-/叔-)丁醇盐、芳氧基卤化物。甚至更优选地，该取代基R、R、R和R 独立
1 2
地选自氢、甲基、乙基、丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基。最优选地，该取代基R、R、
3 4
R和R 独立地选自氢、甲基、乙基。

[0051] 在一种实施方案中，取代基R1、R2、R3和R4的至少两个是相同的。在进一步的实施1 2 3 4 1 2 3 4
方案中，R、R、R和R 的至少三个是相同的。在又一实施方案中，R 、R、R和R 均是相同的。从实践的角度看，最后的实施方案是优选的。

[0052] 取代基R5优选是醇盐(-OR，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基)、羧酸盐(-OC(＝O)R，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基)、酰胺基(-NR2，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基)、硫醇盐(-SR，其中R是任选取代的烷基、任选取代的芳基)或硼氢化物(BH4-xRx，其中x是1-3的整数，并且R是任选取代的烷基、(取代)芳基)。这5
些取代基本身能够引发该开环聚合反应。具有不同的R取代基(如金属烷基或氢化物)的通式(III)的化合物可以与合适的引发剂化合物结合使用，所述引发剂如醇、水、羧酸或胺。开环聚合的机理与引发对本领域技术人员而言是公知的，并例如描述在“Handbook of Ring-Opening Polymerization，2009，Eds.Philippe Dubois，Olivier Coulembier，Jean-Marie Raquez，Wiley-VCH，ISBN：978-3-527-31953-4”中。

[0053] 在优选的实施方案中，R5选自氢、甲基、乙基、正辛基、甲氧基、乙氧基和苯甲氧基(-OCH2C6H5)。

[0054] 采用根据通式(I)的化合物——其中R1，R2，R3和R4独立地选自氢、甲基、乙基、5
丙基、异丙基、丁基、正丁基、异丁基、叔丁基，并且其中R选自氢、甲基、乙基、异丙基、叔丁基——获得好的结果。

[0055] 本发明的方法中使用的内酯是具有6至40个碳原子的环尺寸的内酯。小于6个碳原子的环尺寸导致不可接受的低转化率和非常低的分子量。此外，γ-丁内酯的五元环是热力学稳定的以至于难以开环，因此γ-丁内酯不能有效地用于本发明的方法。该内酯优选选自δ-戊内酯、ε-己内酯、7-庚内酯、8-辛内酯、9-壬内酯、10-癸内酯、11-十一内酯、12-十二内酯、13-十三内酯、14-十四内酯、15-十五内酯和16-十六内酯。在各自这些符号中，前缀规定了杂环中的碳数(即相关酯基之间沿主链的距离)。因此，前缀也描述了内酯环的尺寸。优选地，本发明的方法中使用的内酯具有9-40个碳原子的环尺寸，甚至更优选10-40个碳原子的环尺寸，如12-40个碳原子的环尺寸。当使用此类具有相对大的环尺寸的内酯时，聚合反应速率相对高。

[0056] 在一个实施方案中，该内酯选自10-癸内酯、11-十一内酯、12-十二内酯、13-十三内酯、14-十四内酯、15-十五内酯和16-十六内酯。

[0057] 例如已经用选自10-癸内酯、11-十一内酯、15-十五内酯和16-十六内酯的内酯获得了良好的结果。

[0058] 该内酯可以被一个或多个不会妨碍该开环聚合反应的取代基取代。此类内酯的实例例如包括4-甲基己内酯、1，5-二氧杂环庚烷-2-酮(醚取代基在2位)、蓖麻油酸的内酯(一种在(ω-1)-位具有己基支链的10元环)、13-己基氧杂环十三烷-2-酮(在ω位上具有己基支链的大环)等等。

[0059] 进一步有可能的是该内酯在环内包含一个或多个不饱和。此类内酯的实例包括5-十四碳烯-14-内酯、11-十五碳烯-15-内酯、12-十五碳烯-15-内酯(也称为globalide)、7-十六碳烯-16-内酯(也称为麝葵内酯)、9-十六碳烯-16-内酯。

[0060] 也可以使用在环中具有一个或多个杂原子的内酯。此类内酯的实例包括10-氧杂十六内酯、11-氧杂十六内酯、12-氧杂十六内酯和12-氧杂十六碳烯-16-内酯。

[0061] 此外，在本发明中可以使用其中环尺寸并非最大的内酯。此类内酯的实例包括6-癸内酯、6-十二内酯、8-十六内酯、10-十六内酯、12-十六内酯和6-癸烯-6-内酯。

[0062] 在本发明的方法中，内酯与催化剂之间的分子比优选为20∶1-1000∶1，优选40∶1-750∶1，更优选50∶1-500∶1。

[0063] 如前所述，在某些情况下在本发明的方法中使用的催化剂可以与引发剂结合使用，优选以大致等摩尔比。适于本发明的方法的引发剂包括醇、水、羧酸和胺。此类引发剂对本领域技术人员是公知的，其实例可以例如在Clark等人，Chem.Commun.2010，46，273-275和其中引用的参考文献中找到，该文献经此引用并入本文。

[0064] 如果在引发剂的存在下进行该开环聚合，引发剂与催化剂之间的分子比通常为大约1∶1，除非用作引发剂的试剂还用作链转移剂。因此，内酯与引发剂之间的分子比随即等于内酯与催化剂之间的分子比。内酯与引发剂之间的分子比(由此固有地，内酯与催化剂之间的分子比)可用作调节制备的聚酯或共聚物的分子量的工具。发明人发现，聚酯或共聚物的分子量几乎是线性地随提高的内酯对引发剂比而提高。

[0065] 在引发剂用作链转移剂的情况下，以相对于催化剂过量加入该引发剂以产生每活性位点超过一条链。由于催化剂效率提高，施加的催化剂的量可以在链转移剂的存在下减少。如果存在的话，链转移剂的摩尔量通常为催化剂摩尔量的1-10 000倍，优选为催化剂摩尔量的10-100倍。

[0066] 该开环聚合反应优选在惰性气氛，如氮气气氛中进行。通常已知的是，铝salen络合物催化剂在惰性气氛下并优选在不存在(显著量的)水的情况下更好地起作用。

[0067] 如果需要的话，本发明的开环聚合可以在溶剂的存在下进行，如脂族或芳族烃(例如庚烷、甲苯)、卤代的脂族或芳族烃(例如二氯甲烷、溴苯)、醚(例如二乙醚)。该溶剂可用于溶解该内酯和/或提高聚合反应动力学与选择性。

[0068] 本发明的方法可用于制备具有如通过尺寸排除色谱法在1，2，4-三氯苯中在160℃下使用聚苯乙烯校准测得的10 000克/摩尔或更高的数均分子量，如15 000克/摩尔或更高，或20 000克/摩尔或更高的聚酯或共聚物。在一种实施方案中，通过本发明的方法制备的聚酯或共聚物的数均分子量为10 000-200 000克/摩尔。准确的获得的分子量取决于内酯与催化剂之间的分子比，并进一步取决于用于该反应的内酯类型。在本发明的一个具体实施方案中，所用的内酯具有超过9的环尺寸，制得的聚酯具有100 000克/摩尔或更高，如100 000-200 000克/摩尔的数均分子量。

[0069] 通过本发明的方法制备的聚酯或共聚物可以具有1.2-3.5，如1.5-3.2的多分散指数。

[0070] 人们发现与其它金属基催化剂和内酯的酶促开环聚合相比，本发明的方法具有高内酯聚合反应速率。本发明的方法中的开环聚合可以以在100℃的工艺温度下测得的0.01-1 -1 -1分钟 或更高，如0.02分钟 或0.03分钟 的聚合反应速率进行。本发明的方法中的聚-1 -1
合反应速率可以例如高至如在100℃的工艺温度下测得的0.25分钟 或0.30分钟 。

[0071] 有利地，本发明的方法可以在相对高的工艺温度下进行，在该温度下用于内酯的酶促开环聚合的酶通常将劣化。通常，本发明的方法可以在70-180℃的温度下，如在80-175℃或在90-150℃下实施。

[0072] 在一个特别的实施方案中，本发明的方法可用于通过在金属介导开环聚合反应中采用两种或更多种本文中所述的内酯、或本文中所述的内酯与不同于本文中所述的内酯的单体制备共聚物。不同于内酯的单体可以例如选自(D-、L-或D，L-)交酯、乙交酯、吗啉二酮、环氧和酸酐、环状碳酸酯、环氧化物和CO2/CS2、氧杂环丁烷和酸酐、氧杂环丁烷和CO/CS2、氮丙啶和酸酐、氮丙啶和CO2/CS2等等。这例如使得能够制备(无规或嵌段)共聚酯和聚(酯碳酸酯)。

[0073] 由于本发明的方法中使用的催化剂的量，并不直接需要从聚合物产物中分离该催化剂。但是，如果出于任何原因需要从聚合物中分离该催化剂的话，那么例如可以通过在合适溶剂中沉淀该聚合物来将该催化剂与聚合物分离。

[0074] 可以相对容易地获得通式(III)的化合物。通过1，2-二胺与水杨醛之间的直接缩合反应方便地获得该salen配体。该反应是缩合反应。在下一步骤中，三乙基铝(AlEt3)与该salen配体的羟基基团之一反应。生成乙烷并以气体形式离开反应。在氧与铝之间形成共价键，在氮和铝之间形成配价键。该步骤非常快速并且高度放热。此后，发生更及时的共形重排。在该重排后，再次除去离开铝salen络合物的乙烷分子。

[0075] 用本发明的方法获得的聚酯和共聚物根据它们各自的性质，如数均分子量、多分散指数等可用于多种应用。一些非限制性示例性用途包括下列用途。该聚酯和共聚物可以包含在高机械强度纤维的制造中。尤其是具有高分子量的聚酯和共聚物适于这一目的。对于纤维应用来说，进一步优选的是该聚合物具有相对低的多分散指数。此外，该聚酯和共聚物可用于生物医学用途。在这方面，高度有利的是该共聚物的可降解性可以通过共聚单体的选择来调节。生物医学用途的实例包括螺钉(如用于骨骼)、支架、缝线、药物输送装置等等。此外，通过本发明的方法获得的聚酯和共聚物可以用作聚乙烯的一般替代品。但是，与聚乙烯大不相同，本发明的聚酯和共聚物是有利地可生物降解的(生物降解速率可以任选通过选择一种或多种合适的共聚单体来调整)和生物相容的。因此，与聚乙烯的数年的时间跨度相比，使用的聚合物的垃圾最终将在数月至数年的时间跨度中完全降解。

[0076] 现在将通过下列实施例进一步阐述本发明，其不打算以任何方式为限制性的。实施例

[0077] γ-丁内酯、β-丁内酯、15-十五内酯、16-十六内酯、ε-己内酯、δ-戊内酯、11-十一内酯、均三甲苯和苄醇购自Aldrich。10-癸内酯按照Van der Mee等人在Macromolecules 2006，39，5021-5027中所述程序合成。所有单体、均三甲苯和苄醇在使用前蒸馏。甲苯和三氯苯购自Biosolve。甲苯在使用前经氧化铝柱干燥。铝salen络合物按照Dzugan等人在Inorg.Chem.1986，25，2858-2864中所述程序合成。

[0078] 方法

[0079] 1H和13C NMR光谱法在Varian Mercury 400MHz NMR上在CDCl3中进行。使用VNMR软件获得数据。相对于四甲基硅烷(TMS)以ppm报道化学位移。低分子量尺寸排除色谱法(LMW-SEC)在装有Waters 2486 UV检测器和Polymer Laboratories PLgel保护柱(5毫米粒子)50×7.5毫米和随后的串联的2根PLgel 5毫米Mixed-D柱的WatersAlliance系统上在40℃下进行。在装有Waters 2695分离模块、Waters 2414折光率检测器(40℃)、Waters 2487双吸收检测器和PSS SDV 5米保护柱和随后的串联的2根5米
(8×300)的PSS SDVlinearXL柱的Waters Alliance系统上在40℃下进行尺寸排除色谱法。用丁基化羟基甲苯(BHT)稳定化的四氢呋喃(THF，Biosolve)以1毫升/分钟的流速用作LMS-SEC和SEC的洗脱剂。相对于聚苯乙烯标样(Polymer Laboratories，MP＝580，
6
最高MP＝7.1×10 克/摩尔)计算分子量。在进行分析前，样品经0.2微米聚四氟乙烯
(PTFE)过滤器(13毫米，聚丙烯(PP)外壳，Alltech)过滤。高温尺寸排除色谱法(HT-SEC)在160℃下的具有3根串联的PLgel Olexis(300×7.5毫米，Polymer Laboratories)柱的Polymer Laboratories PLXT-20快速GPC聚合物分析系统(包括泵、折光率检测器和粘度检测器)上进行。1，2，4-三氯苯以1毫升/分钟的流速用作洗脱剂。相对于聚苯乙烯标样
6
(Polymer Laboratories，MP＝580，最高MP＝7.1×10 克/摩尔)计算分子量。Polymer Laboratories PL XT-220机器人样品处理系统用作自动进样器。基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱法(MALDI-tof-MS)在正反射模式中的PerSeptive Biosystem Voyager-DE STR Biospectrometry-Workstation上进行。使用20 000V的加速电压、63.2％的格栅和320纳秒的延迟时间以及每频谱拍摄1000张。

[0080] 来自Fluka的≥99％的反式-2-[3-(4-叔丁基苯基)-2-甲基-亚丙烯基]-丙二腈用作基质，三氟乙酸钾以1∶4∶4的盐∶基质∶样品比用作盐。为了制备样品，将聚(十五内酯)(PPDL)溶解在六氟异丙醇(HFIP)中并将其它聚内酯样品溶解在THF中。

[0081] 合成方法

[0082] 方案1中粗体的数字表示相应的结构

[0083] N，N′-双(亚水杨基)-1，2-二氨基乙烯乙基铝(1)

[0084] 水杨醛(3.9克；32毫摩尔)和乙二胺(1.0克；16毫摩尔)加入到100毫升单颈烧瓶中的40毫升乙醇中。混合物在室温下搅拌3小时。生成的沉淀物用布氏漏斗滤出。沉淀物用20毫升甲醇洗涤三次。收集固体并在真空中在40℃下干燥整夜。以80.5％的产率获得黄色固体形式的中间体配体N，N′-双(亚水杨基)-1，2-二氨基乙烯(3.62克；13.5毫摩尔)。

[0085] 1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：13.19(s，2H，PhOH)，8.36(s，2H，N ＝ CH)，7.15(m，4H，PhH)，6.95(m，4H，PhH)，3.94(s，4H，NCH2)。

[0086] 获得的中间体配体N，N’-双(亚水杨基)-1，2-二氨基乙烯(2.14克；7.9毫摩尔)分散在干燥的乙腈中。加入AlEt3在甲苯中的0.95M溶液(8.5毫升；8.08毫摩尔)。加热黄色透明溶液直到体积减少50％。在冷却时，黄色针状晶体沉淀，通过套管移除剩余液体。固体用石油醚洗涤两次并在真空中在室温下干燥。以78.5％的产率获得浅黄色针状晶体(1.99克；6.2毫摩尔)。

[0087] 1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：8.27(s，2H，N＝CH)，7.36(t，2H，PhH)，7.13(d，2H，PhH)，7.08(d，2H，PhH)，6.69(t，2H，PhH)，3.91(h，2H，NCH2)，3.64(h，2H，NCH2).0.74(t，3H，AlCH2CH3)，-0.32(q，2H，AlCH2CH3)。

[0088] N，N′-双(3，5-二叔丁基亚水杨基)-1，2-二氨基乙烯乙基铝(2)

[0089] 3，5-二叔丁基水杨醛(4.46克；18毫摩尔)和乙二胺(0.57克；9.5毫摩尔)加入到100毫升单口烧瓶中的40毫升乙醇中。混合物在室温下搅拌3小时。生成的沉淀物用布氏漏斗滤出。沉淀物用20毫升甲醇洗涤三次。收集固体并在真空中在40℃下干燥整夜。以92.9％的产率获得黄色粉末形式的中间体配体N，N′-双(3，5-二叔丁基亚水杨基)-1，2-二氨基乙烯(4.35克；8.8毫摩尔)。

[0090] 1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：13.64(s，2H，PhOH)，8.39(s，2H，N ＝ CH)，7.36(m，2H，PhH)，7.06(s，2H，PhH)，3.92(s，4H，NCH2)，1.44(s，9H，C(CH3)3)。

[0091] 获得的中间体配体N，N’-双(3，5-二叔丁基亚水杨基)-1，2-二氨基乙烯(2.04克；4.14毫摩尔)溶解在甲苯中。通过注射器加入AlEt3(3.5毫升；4.55毫摩尔)，混合物回流3小时。在回流后，将黄色透明溶液冷却至室温。在冷却后，在真空下蒸发溶剂。以70.2％的产率获得黄色固体(1.58克；2.9毫摩尔)。

[0092] 1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：7.86(s，1H，N ＝ CH)，7.50(s，1H，N ＝ CH)，7.05(m，4H，PhH)，3.15(m，2H，NCH2)，2.63(m，2H，NCH2)，1.80(s，9H，C(CH3)3)，1.39(s，9H，C(CH3)3)，1.15(t，3H，AlCH2CH3)，0.05(q，2H，AlCH2CH3)。

[0093] N，N′-双(亚水杨基)-1，2-二氨基乙烯苄基烷氧基铝(3)

[0094] 铝salen络合物(1)(1.044克；3.24毫摩尔)分散在甲苯中。通过注射器加入BnOH(0.748克；6.68毫摩尔)，混合物在100℃下搅拌整夜。生成在透明液体中的白色固体。该分散液在冰浴中冷却并用15毫升甲苯洗涤两次。以79.6％的产率生成灰白色晶体(2.57毫摩尔)。

[0095] 1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：8.24(s，2H，N＝CH)，7.41(m，2H，PhH)，7.15(m，2H，PhH)，7.07(m，2H，PhH)，6.75(t，2H，PhH)，4.62(s，2H，OCH2)，4.02(h，2H，NCH2)，3.66(h，2H，NCH2)。

[0096] N，N′-双(3，5-二叔丁基亚水杨基)-1，2-二氨基乙烯苄基烷氧基铝(4)

[0097] 铝salen络合物(2)(0.338克；0.62毫摩尔)溶解在甲苯中。通过注射器加入BnOH(0.157克；1.5毫摩尔)，混合物在100℃下搅拌整夜。随后在真空下蒸发溶剂。获得的黄色固体用5毫升PET-醚洗涤。使用高真空和热风器蒸发剩余的BnOH。生成黄色粉末。

[0098] 1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：8.28(s，2H，N＝CH)，7.51(d，2H，PhH)，7.03(m，5H，PhH)，6.97(d，2H，PhH)，4.56(s，2H，OCH2)，4.02(m，2H，NCH2)，3.66(m，2H，NCH2)，1.55(s，18H，C(CH3)3)，1.31(s，18H，C(CH3)3)。

[0099] 15-十五内酯的示例性化学开环聚合

[0100] 15-十五内酯(1.0克；4.2毫摩尔)、方案1中显示的铝salen催化剂和苄醇(共引发剂)加入到氮气气氛下的小瓶中。当使用方案1中显示的络合物1或3时仅加入苄醇。苄醇对催化剂的摩尔比保持恒定为1∶1，同时单体对引发剂比为44至520不等。随后将小瓶封闭并在100℃下搅拌4小时。对于溶液中的反应器，在加热前向聚合反应中加入甲苯(2毫升)。在反应后，混合物在冰浴中冷却并蒸发溶剂。对产物进行分析而无需进一步沉淀。

[0101] 动力学试验

[0102] 在氮气气氛下在手套箱中将单体(1毫摩尔)和铝salen催化剂(10微摩尔)加入5毫升压盖小瓶中。每种聚合反应制造八个样品。样品从手套箱中取出并加入在甲苯中含有浓度为40微摩尔/毫升的BnOH的0.25毫升储备溶液。获得100∶1∶1的单体∶
催化剂∶BnOH比和4摩尔/升的单体浓度。将小瓶放入预热到100℃的旋转式反应器中，样品在预定时间用4毫升冷的甲醇猝冷。分析前将样品在空气中在室温下干燥。所有样品
1
用气相色谱法(GC)、HT-SEC和 H-NMR分析。

[0103] 聚戊内酯：1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：7.38(s，5H，PhH)，5.08(s，2H，PhCH2O)，4.07(t，2H，CH2O)，2.34(t，2H，CH2C＝O)，1.62(m，4H，CH2CH2O)。

[0104] 聚己内酯：1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：7.38(s，5H，PhH)，5.11(s，2H，

[0105] PhCH2O)，4.04(t，2H，CH2O)，2.31(t，2H，CH2C＝O)，1.66(m，4H，CH2CH2O)，1.37(m，2H，CH2CH2)。

[0106] 聚癸内酯：1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：7.35(s，5H，PhH)，5.11(s，2H，

[0107] PhCH2O)，4.04(t，2H，CH2O)，2.30(t，2H，CH2C＝O)，1.61(m，4H，CH2CH2O)，1.31(m，10H，CH2CH2)。

[0108] 聚十一内酯：1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：7.33(s，5H，PhH)，5.10(s，2H，PhCH2O)，4.06(t，2H，CH2O)，2.28(t，2H，CH2C＝O)，1.60(m，4H，CH2CH2O)，1.27(m，12H，CH2CH2)。

[0109] 聚十五内酯：1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：7.35(s，5H，PhH)，5.10(s，2H，PhCH2O)，4.05(t，2H，CH2O)，2.26(t，2H，CH2C＝O)，1.59(m，4H，CH2CH2O)，1.24(m，20H，CH2CH2).[0110] 聚十六内酯：1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)：7.34(s，5H，PhH)，5.09(s，2H，PhCH2O)，
4.05(t，2H，CH2O)，2.28(t，2H，CH2C＝O)，1.60(m，4H，CH2CH2O)，1.23(m，22H，CH2CH2).[0111] 结果

[0112] 该催化剂在内酯聚合中的高效率可以由快速反应立即看出。反应介质的粘度在几分钟内快速提高并在大约20分钟后搅拌停止。即使粘度随转化率的快速提高由酶促合成(例如聚十五内酯)是已知的，对于金属催化剂而言，对内酯(如十五内酯)的开环聚合反应的如此快速的聚合动力学是值得注意的。表1中显示了使用各种单体对催化剂比(M∶C)在等摩尔量的BnOH存在下通过1催化的开环聚合的一些结果。

[0113] 对于较低的单体对1的比，1H-NMR光谱法(参见表1，项目1和2)显示在施加的1小时反应时间内几乎定量的单体转化率。当该比提高时，单体转化率稳定在70与74％之间(表1，项目4和5)，最有可能是由于反应混合物的高粘度导致的扩散限制。应注意的是，由于聚十五内酯在氘化氯仿中的低溶解度，更高分子量的聚十五内酯的单体转化率可能被低估。

[0114] 表1中测得的数均分子量分别对44的单体对催化剂比为24 000克/摩尔和对424的比为118 000克/摩尔。显而易见的是，随着提高的单体对引发剂比，分子量几乎线性地提高。获得的聚十五内酯的多分散指数(PDI)为2.1至2.8，这支持了铝salen络合物是单中心催化剂的预期。还暗示存在酯交换反应。

[0115] 表1

[0116]

[0117] a[单体]/[催化剂]×转化率×Mw(单体)。

[0118] b在CDCl3中的 1H-NMR，通过比较与单体酯基团相邻的亚甲基峰(δ4.14ppm)和聚合物(δ4.04ppm)测定。

[0119] 除了使用络合物1与苄醇结合作为催化体系的聚合反应外，使用络合物2与苄醇结合作为催化体系、使用络合物3作为催化体系和使用络合物4作为催化体系进行聚合。这些络合物的化学结构显示在方案1中。

[0120] 如可以在图1(显示了转化率vs使用不同的salen络合物的十五内酯的聚合时间，[络合物]＝0.16M，[内酯]0＝1.5M，T＝100℃，t＝4小时；●＝1，▲＝2，◆＝3，)中观察到的那样，使用络合物1或2的聚合导致完全转化。使用络合物4达到的最高转化率为87％，使用2为93％。这可以在表2中看到，表2显示了使用不同络合物的十五内酯开环聚合的结果(在表2中：[络合物]＝0.16M，[内酯]0＝1.5M，T＝100℃)。

[0121] 表2

[0122]

[0123] a[单体]/[催化剂]×转化率×Mw(单体)。

[0124] b在CDCl3中的 1H-NMR，通过比较与单体酯基团相邻的亚甲基峰和聚合物测定。

[0125] c[BnOH]0＝0.16M。

[0126] d3的差溶解度。

[0127] e[BnOH]0＝0M。

[0128] 为了研究聚合的内酯的环尺寸的影响，进行不同环尺寸的动力学研究。在相同条件下(100℃，在惰性气氛下)进行所有聚合，并采用相同的1∶1∶100催化剂∶引发剂∶单体比。该结果概述在表3中(在表3中：[络合物]≈15mM，[内酯]0≈15mM，T＝100℃；β-BL＝β-丁内酯；γ-BL＝γ-丁内酯；VL＝δ-戊内酯；CL＝ε-己内酯；DL＝10-癸内酯；UL＝11-十一内酯；PDL＝15-十五内酯；和HDL＝16-十六内酯)。由于基于更大内酯的聚合物在THF中的低溶解度，所有SEC测量在1，2，4-三氯苯(TCB)中在
160℃下进行。该络合物对β-丁内酯(β-BL)的聚合实际上是非反应性的。该转化率不超过3％，仅获得低分子量产物(Mn＝850克/摩尔)。如根据5元环的热力学稳定性所预期的那样，在96小时后没有观察到γ-丁内酯(γ-BL)的聚合。

[0129] 表3

[0130]

[0131] a[单体]/[催化剂]×转化率×Mw(单体)。

[0132] b通过SEC在TCB中在160℃下测得。

[0133] c通过在CDCl3中的 1H-NMR通过比较与单体酯基团相邻的亚甲基峰(δ4.14ppm)和聚合物(δ4.04ppm)测定。