一种利用微反应器生物-化学催化正交制备刷形聚酯多元醇的方法

摘要

本发明公开了一种利用微反应器生物‑化学催化正交制备功能材料的方法，在微通道反应装置中，将内酯作为开环聚合单体，降冰片烯基醇作为开环聚合引发剂和开环易位聚合单体，Grubbs催化剂作为开环易位聚合引发剂和催化剂进行反应，通过将酶促开环聚合和金属催化开环易位聚合同时进行，相互之间无干扰，通过优化和匹配微反应器参数和反应条件，两种不同机理的开环聚合和开环易位聚合可控进行，高效获得窄分布的瓶刷聚合物功能材料。本发明极大的缩短了反应时间，中间产物和酶均无需分离提纯，显著简化了操作步骤和后处理程序，使得产物的分子量可控、分子量分布较窄，并且产物中没有大分子单体的残余，为低成本、高效率制备功能材料提供了新的解决方案。

权利要求

1.一种利用微反应器生物‑化学催化正交制备刷形聚酯多元醇的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将内酯单体、降冰片烯基引发剂溶于溶剂中，制成均相溶液A；

（2）将格拉布催化剂溶于溶剂中，制成均相溶液B；

（3）将均相溶液A和均相溶液B分别同时泵入微反应装置中的微混合器中，混合后通入固定化酶微反应器中反应，收集反应液，即为含有刷形聚酯多元醇的均相溶液；

（4）用淬灭剂对含有刷形聚酯多元醇的均相溶液进行淬灭，加入有机溶剂进行沉淀，离心分离，得到刷形聚酯多元醇。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的内酯单体为己内酯或戊内酯；所述的溶剂为甲苯或四氢呋喃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，内酯单体和降冰片烯基引发剂的摩尔比为5 50:1；内酯单体的浓度为0.25 4.0 mol/L。

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4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的催化剂为第二代格拉布催化剂或第三代格拉布催化剂；所述的溶剂为甲苯、四氢呋喃或二氯甲烷。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，降冰片烯基引发剂与格拉布催化剂的摩尔比为5 100:1。

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6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述固定化酶微反应器的制备方法为：将固定化酶装载到内径为2 4.3 mm的微通道管道内，保留体积为1 5 mL，即得；其~ ~中，控制固定化酶在微通道管道内的装载量为0.4 0.6 g/mL。

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7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的固定化酶为固定化诺维信435脂肪酶。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，反应的温度为40 80℃；均相溶~液A和均相溶液B的反应流速为0.02 0.1 mL/min。

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9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的微反应装置包括第一进料泵、第二进料泵、微混合器、固定化酶微反应器、加热装置和接收器；其中，固定化酶微反应器的外部设有加热装置；其中，第一进料泵和第二进料泵通过管道以并联的方式连接到微混合器上，微混合器、固定化酶微反应器和接收器以串联的方式依次连接；所述的连接为管道连接。

说明书

一种利用微反应器生物‑化学催化正交制备刷形聚酯多元醇

的方法

技术领域

[0001] 本发明属于高分子合成技术领域，涉及一种利用微反应器生物‑化学催化正交制备刷形聚酯多元醇的方法。

背景技术

[0002] 瓶刷聚合物是一种由主链和侧链构成的支化或接枝聚合物。它的主链骨架上附着着高接枝密度的一种或多种聚合物侧链，呈现出蠕虫状的圆柱形构象。瓶刷聚合物独特的拓扑结构赋予它优秀的聚合物性能，这使它能够应用于许多新兴热门领域，比如：光子晶体、药物控释及防污涂层等。同时刷形聚酯多元醇耐磨、耐高温及耐油性能较为优秀且机械强度高。刷形聚酯多元醇中酯基基团极性较大，形成氢键能力强，对各种非极性材料有较好的粘结强度和附着力。

[0003] 目前，合成瓶刷聚合物主要方法有三种：1)从主链接枝法；2)接枝到主链法；3)大分子单体聚合法。这些方法各有优劣，由从主链接枝法和接枝到主链法这两种方法可以合成主链聚合度很高的瓶刷聚合物，但是这两种方法有其相应的缺点：通过从主链接枝法合成侧链时经常需要保护和去保护官能团，这会增加合成过程的复杂性；而接枝到主链法由于接枝侧链间的空间位阻作用一般只能合成接枝密度较低的瓶刷聚合物。大分子单体聚合法合成瓶刷聚合物有侧链均一以及接枝密度高等优点，但需要预先制备合适的大分子单体及分离纯化。

[0004] 而近年来生物催化聚合反应越来越成为人们研究的重点，生物催化在反应过程中具有高的化学选择性、区域选择性和立体选择性。化学催化与生物催化的不同特点和应用的多样性在多步反应中展现出各自的优缺点。为制备瓶刷聚合物，需要选择不同机理的催化控制聚合来制备侧链(接枝通过)或主干(接枝从或接枝上)。尽管无论是化学催化还是生物催化都取得了显著的进展，但瓶刷聚合物的合成仍面临着巨大的挑战。为突破上述方法的局限性，亟待开发新型的聚合方法(例如通过调控反应条件，使生物催化与化学催化同步进行并互不影响)；应用微流场技术(例如利用微反应器对传质传热的强化)，从而提高制备效率，给刷形聚合物工业化生产应用带来技术支持。

发明内容

[0005] 发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种利用微反应器生物‑化学催化正交制备刷形聚酯多元醇(即瓶刷型聚酯多元醇)的方法，通过在固定化酶微反应器中，同时进行生物催化和化学催化(且不干扰)的聚合方式，解决现有技术中存在的合成步骤多、分离提纯繁琐、大分子单体残留、分子刷结构难以调控等问题。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明公开了一种利用微反应器生物‑化学催化正交制备刷形聚酯多元醇的方法，其将内酯作为开环聚合单体，降冰片烯基醇作为开环聚合引发剂和开环易位聚合单体，Grubbs催化剂作为开环易位聚合引发剂和催化剂进行反应。

[0007] 本发明的反应过程如下：

[0008]

[0009] 其中，x,y取5～100中的任意一个整数。

[0010] 具体的，其包括如下步骤：

[0011] (1)将内酯单体、降冰片烯基引发剂在无水惰性气氛的条件下溶于溶剂中，制成均相溶液A；

[0012] (2)将格拉布(Grubbs)催化剂在无水惰性气氛的条件下溶于溶剂中，制成均相溶液B；

[0013] (3)将均相溶液A和均相溶液B分别同时泵入微反应装置中的微混合器中，混合后通入含有固定化酶的微反应器中反应，收集反应液，即为含有刷形聚酯多元醇的液体；

[0014] (4)用淬灭剂对梳形聚酯多元醇均相溶液进行淬灭，加入有机溶剂进行沉淀，离心分离，得到梳形聚酯多元醇。

[0015] 步骤(1)中，所述的内酯单体为己内酯或戊内酯，优选己内酯；所述的溶剂为甲苯、四氢呋喃或二氯甲烷，优选甲苯。

[0016] 所述的内酯单体为己内酯或戊内酯；所述的降冰片烯基引发剂为5‑降冰片烯‑2‑甲醇、N‑(2‑羟乙基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺或N‑(6‑羟己基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺中的任意一种；其中：

[0017] 5‑降冰片烯‑2‑甲醇的结构式为：

[0018]

[0019] N‑(2‑羟乙基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺的结构式为：

[0020]

[0021] N‑(6‑羟己基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺的结构式为：

[0022]

[0023] 步骤(1)中，内酯单体和降冰片烯基引发剂的摩尔比为5～50:1；内酯单体的浓度为0.25～4.0mol/L。

[0024] 步骤(2)中，所述的格拉布催化剂是一种钌卡宾络合物催化剂；所述的格拉布催化剂为第二代格拉布催化剂或第三代格拉布催化剂；所述的溶剂为甲苯或四氢呋喃，优选甲苯，其中：

[0025] 第二代格拉布催化剂的结构式为：

[0026]

[0027] 第三代格拉布催化剂的结构式为：

[0028]

[0029] 步骤(2)中，降冰片烯基引发剂与格拉布催化剂的摩尔比为5～100:1，优选25～50：1。

[0030] 步骤(3)中，所述的含有固定化酶的微反应器的制备方法为将固定化酶装载到内径为2～4.3mm的微通道管道内，即得；所述的固定化脂肪酶填充在反应管道内，每次使用前填充新鲜的酶并用少量棉花固定两端管口，结束后取出酶。

[0031] 其中，控制固定化酶与微通道的质量体积比为0.4～0.6g/mL；使得微通道的保留体积为1～5mL。

[0032] 步骤(3)中，所述的固定化酶为固定化诺维信435脂肪酶，粒径0.3～0.9mm；酶活为10000PLU/g；所述的固定化诺维信435脂肪酶购买经销商为南京德茗化工科技有限公司。

[0033] 步骤(3)中，反应的温度为40～80℃，优选60℃；反应的温度为40～80℃；均相溶液A和均相溶液B的反应流速为0.02～0.1mL/min。

[0034] 步骤(3)中，所述的微反应装置包括第一进料泵、第二进料泵、微混合器、固定化酶微反应器、加热装置和接收器；其中，固定化酶微反应器的外部设有加热装置；其中，第一进料泵和第二进料泵通过管道以并联的方式连接到微混合器上，微混合器、固定化酶微反应器和接收器以串联的方式依次连接；所述的连接为管道连接。每次使用前用甲苯或四氢呋喃反复冲洗以净化管道。

[0035] 其中，进料泵分别与注射器连接，注射器的容量为50mL；固定化酶微反应器的管道的内径为2～4.3mm。

[0036] 步骤(4)中，所述的有机溶剂为正己烷或甲醇，优选地，有机溶剂的温度为‑20℃。

[0037] 步骤(4)中，淬灭剂用量为反应液中格拉布催化剂摩尔量的10～100倍；有机溶剂用量为反应液体积的20～100倍。所述淬灭剂优选为乙烯基乙醚。

[0038] 优选地，沉淀四小时后，再离心分离。

[0039] 更优选地，将离心得到的物质用甲苯或四氢呋喃溶解，再加入正己烷或甲醇沉淀，充分该步骤三遍进行纯化；纯化后的产物固体真空干燥24h。

[0040] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：

[0041] (1)本发明通过将生物催化与化学催化正交聚合，第一次将大分子单体聚合法与从主链接枝法同时进行，与传统方法相比，简化了合成步骤，提高了聚合效率，规避了大分子单体提纯分离的步骤，减少了大分子单体残余的影响。

[0042] (2)利用微反应器承载生物‑化学催化的过程，以酶作为微反应器内构件，增大反应比表面积，提高了反应速率，增强反应时空控制精准性，并保留了产物刷形聚合物的精确结构，具有简易、绿色、安全、高效和结构可控等诸多优点。

附图说明

[0043] 图1为本实验所用的微反应器系统示意图；

[0044] 图2为固定化酶反应器截面图；

[0045] 图3为实施例9的刷形聚酯多元醇1H NMR图；

[0046] 图4为实施例10的刷形聚酯多元醇1H NMR图；

[0047] 图5为实施例14的刷形聚酯多元醇1H NMR图

[0048] 图6为实施例9、10、14刷形聚酯多元醇的GPC图以及对比例1得到的大分子单体、对比例2和对比例4得到的刷型聚酯多元醇的GPC图。

具体实施方式

[0049] 根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

[0050] 本发明的下述实施例中，采用以下方法对产物的分子量和分子量分布进行测量。

[0051] 采用Wyatt体积排阻色谱系统，流动相为四氢呋喃，流速为0.7mL/min，柱温35℃，进样体积0.4mL。

[0052] 样品测量：取纯净样品2mg于离心管中，加入1mL四氢呋喃溶液稀释，再使用一次性滤头(含有0.33m有机滤膜)过滤后取0.4mL溶液测样。

[0053] 采用400MHz的Bruker核磁共振仪器对产物的分子量进行测量：取刷形聚合物样品10mg与核磁管中，加入氘代氯仿，振荡待完全溶解后测样。

[0054] 下述实施例中，第二代格拉布催化剂的结构式为：

[0055]

[0056] 第三代格拉布催化剂的结构式为：

[0057]

[0058] 下述实施例中，采用的酶为固定化诺维信435脂肪酶，粒径为0.3～0.9mm；酶活为10000PLU/g；固定化诺维信435脂肪酶购买经销商为南京德茗化工科技有限公司。

[0059] 下述实施例均在微反应装置中进行。微反应装置如图1所示，包括第一进料泵1、第二进料泵2、微混合器3、固定化酶微反应器4、加热装置和接收器5；其中，固定化酶微反应器的外部设有加热装置；其中，第一进料泵和第二进料泵通过管道以并联的方式连接到微混合器上，微混合器3、固定化酶微反应器和接收器以串联的方式依次连接；连接为管道连接。第一进料泵1、第二进料泵2为两个注射器，注射器的容量为50mL，

[0060] 实施例1

[0061] 将粒径为0.3～0.9mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)；使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(124.2mg)5‑降冰片烯‑2‑甲醇、20mL甲苯制成均相溶液A；以及0.05mmol(42.45mg)Grubbs二代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为36.34μL/min(总流速为72.68μL/min)，即反应停留时间为
15min。反应器温度为60℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀2h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到产物放入真空干燥箱干
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燥48h。所得的刷形聚合物结构通过H NMR与鉴定。其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为91％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，聚合物数均分子量为16.7kg/mol，分子量分布指数为1.29。

[0062] 实施例2

[0063] 将粒径为0.3～0.9mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)，使用内径为1mm的微通道反应器连接微混合器和(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器链接混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(124.2mg)5‑降冰片烯‑2‑甲醇、20mL甲苯制成均相溶液A；以及0.02mmol(16.98mg)Grubbs二代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为36.34μL/min(总流速为72.68μL/min)，即反应停留时间为15min，反应器温度为60℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到产物放入真空干燥箱干燥48h。
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所得的刷形聚合物结构通过H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为92％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，聚合物数均分子量为54.4kg/mol，分子量分布指数为1.30。

[0064] 实施例3

[0065] 将粒径为0.3～0.9mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(207.1mg)N‑(2‑羟乙基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺、20mL甲苯制成均相溶液A；以及0.02mmol(16.98mg)Grubbs二代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为36.34μL/min(总流速为72.68μL/min)，即反应停留时间为15min，反应器温度为60℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到1
产物放入真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过 H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为92％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，聚合物数均分子量为53.6kg/mol，分子量分布指数为1.31。

[0066] 实施例4

[0067] 将粒径为0.3～0.9mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mLSchlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)戊内酯、1mmol(207.1mg)N‑(2‑羟乙基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺、20mL甲苯制成均相溶液A；以及0.05mmol(42.45mg)Grubbs二代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为36.34μL/min(总流速为72.68μL/min)，即反应停留时间为15min，反应器温度为60℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到1
产物放入真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过 H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为93％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，聚合物数均分子量为18.5kg/mol，分子量分布指数为1.30。

[0068] 实施例5

[0069] 将粒径为0.3～0.9mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(263.1mg)N‑(6‑羟己基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺、20mL甲苯制成均相溶液A；以及0.02mmol(16.98mg)Grubbs二代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为36.34μL/min(总流速为72.68μL/min)，即反应停留时间为15min，反应器温度为60℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到1
产物放入真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过 H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为92％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，聚合物数均分子量为59.8kg/mol，分子量分布指数为1.32。

[0070] 实施例6

[0071] 将粒径为0.3～0.9mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的四氢呋喃溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(263.1mg)N‑(6‑羟己基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺、20mL四氢呋喃制成均相溶液A；以及0.04mmol(33.96mg)Grubbs二代催化剂、20mL四氢呋喃制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为36.34μL/min(总流速为72.68μL/min)，即反应停留时间为15min，反应器温度为60℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步1
骤一共三次，得到产物放入真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过 H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为91％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，聚合物数均分子量为28.7kg/mol，分子量分布指数为1.31。

[0072] 实施例7

[0073] 将粒径为0.3～0.9mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的二氯甲烷溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(124.2mg)5‑降冰片烯‑2‑甲醇、20mL二氯甲烷制成均相溶液A以及0.1mmol(84.9mg)Grubbs二代催化剂、20mL二氯甲烷制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为68.13μL/min(总流速为136.26μL/min)，(即反应停留时间为8min)反应器温度为80℃，开始反应，待16min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到产物放入真1
空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过 H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为93％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，数均分子量为9.7kg/mol，分子量分布指数为1.28。

[0074] 实施例8

[0075] 将粒径为0.3～0.9mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(124.2mg)5‑降冰片烯‑2‑甲醇、20mL甲苯制成均相溶液A以及0.1mmol(88.4mg)Grubbs三代催化剂、
20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为68.13μL/min(总流速为136.26μL/min)，即反应停留时间为8min，反应器温度为80℃，开始反应，待16min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到产物放入真空干燥箱干燥48h。
1
所得的刷形聚合物结构通过H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为94％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，数均分子量为
11.9kg/mol，分子量分布指数为1.25。

[0076] 实施例9

[0077] 将粒径为0.3～0.9mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(124.2mg)5‑降冰片烯‑2‑甲醇、20mL甲苯制成均相溶液A以及0.02mmol(17.68mg)Grubbs三代催化剂、
20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为68.13μL/min(总流速为136.26μL/min)，即反应停留时间为8min，反应器温度为80℃，开始反应，待16min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到产物放入真空干燥箱干燥48h。
1
所得的刷形聚合物结构通过H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为94％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，数均分子量为
55.5kg/mol，分子量分布指数为1.26。

[0078] 实施例10

[0079] 将粒径为0.3～0.9mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(207.1mg)N‑(2‑羟乙基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺、20mL甲苯制成均相溶液A以及0.02mmol(17.68mg)Grubbs三代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为68.13μL/min(总流速为136.26μL/min)，即反应停留时间为8min，反应器温度为80℃，开始反应，待16min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得1
到产物放入真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为94％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，数均分子量为59.6kg/mol，分子量分布指数为1.26。

[0080] 实施例11

[0081] 将粒径为0.3～0.9mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(263.1mg)N‑(6‑羟己基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺、20mL甲苯制成均相溶液A以及0.02mmol(17.68mg)Grubbs三代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为68.13μL/min(总流速为136.26μL/min)，即反应停留时间为8min，反应器温度为80℃，开始反应，待16min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得1
到产物放入真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为95％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，数均分子量为61.0kg/mol，分子量分布指数为1.25。

[0082] 实施例12

[0083] 将粒径为0.3～0.9mm的4.6g固定化酶Novozyme435填充入内径为4.3mm的固定化酶微反应器中(保留体积为3mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入50mmol(5.707g)ε‑己内酯、1mmol(263.1mg)N‑(6‑羟己基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺、20mL甲苯制成均相溶液A以及0.2mmol(176.8mg)Grubbs三代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为0.10mL/min(总流速为0.2mL/min)，即反应停留时间为15min，反应器温度为80℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到1
产物放入真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过 H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为94％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，数均分子量为25.6kg/mol，分子量分布指数为1.27。

[0084] 实施例13

[0085] 将粒径为0.3～0.9mm的4.6g固定化酶Novozyme435填充入内径为4.3mm的固定化酶微反应器中(保留体积为3mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入5mmol(0.5707g)ε‑己内酯、1mmol(263.1mg)N‑(6‑羟己基)‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺、20mL甲苯制成均相溶液A以及0.01mmol(8.80mg)Grubbs三代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为0.10mL/min(总流速为0.2mL/min)，即反应停留时间为15min，反应器温度为80℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到产物1
放入真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为95％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，数均分子量为7.9kg/mol，分子量分布指数为1.28。

[0086] 实施例14

[0087] 将粒径为0.3～0.9mm的4.6g固定化酶Novozyme435填充入内径为4.3mm的固定化酶微反应器中(保留体积为3mL)，使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)戊内酯、1mmol(124.2mg)5‑降冰片烯‑2‑甲醇、20mL甲苯制成均相溶液A；以及0.04mmol(35.20mg)Grubbs三代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为0.10mL/min(总流速为0.2mL/min)，即反应停留时间为15min，反应器温度为60℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到产物放入真空干燥箱干燥48h。所
1
得的刷形聚合物结构通过 H NMR鉴定，其中，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为92％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，数均分子量为
29.1kg/mol，分子量分布指数为1.30。

[0088] 对比例1

[0089] 第一步：准备高温除水后的一个50mL Schlenk圆底烧瓶，往A瓶中加入1.05g固定化酶Novozyme435、20mL甲苯、10mmol(1.1414g)ε‑己内酯与1mmol(124.2mg)5‑降冰片烯‑2‑甲醇。在60℃搅拌下反应25min后，仅取反应液加入50mL冷甲醇中静置沉淀4h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离，复分离提纯步骤一共三次，得到产物放入真空干燥箱干燥48h,最终得到大分子单体。该酶催化开环聚合过程中单体转化率为96％，通过GPC测定，数均分子量为1.3kg/mol，分子量分布指数为1.18。

[0090] 第二步：分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入第一步制所制得的大分子单体、20mL甲苯制成单体溶液A；以及0.025mmol(21.22mg)Grubbs二代催化剂、20mL甲苯成催化剂溶液B。将A液转移至溶液B，反应温度为25℃，开始反应10min后，加入过量乙烯基乙醚淬灭。反应液终止后，收集反应液加入90mL冷甲醇静置沉淀2h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到产
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物放入真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过 H NMR鉴定，金属催化的开环易位聚合转化率为90％。通过GPC测定，数均分子量为24.1kg/mol，分子量分布指数为1.30。

[0091] 对比例2

[0092] 准备高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶，A瓶中加入1.05g固定化酶Novozyme435、20mL甲苯、10mmol(1.1414g)ε‑己内酯与1mmol(124.2mg)5‑降冰片烯‑2‑甲醇，在60℃搅拌下进行酶催化开环聚合。B瓶中加入0.0125mmol(10.6mg)Grubbs二代催化剂、20mL甲苯成催化剂溶液，至A瓶反应25min后向其中加入催化剂溶液，进行金属催化的开环易位聚合。待10min后加入过量乙烯基乙醚淬灭。仅取反应液用90mL冷甲醇静置沉淀2h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一1
共三次，得到产物放入真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过H NMR鉴定，酶催化开环聚合过程中单体转化率为92％，金属催化的开环易位聚合转化率为93％。通过GPC测定，数均分子量为75.9kg/mol，分子量分布指数为1.41。

[0093] 对比例3

[0094] 将粒径为0.3～0.1mm的1.05g固定化酶Lipozyme TL IM填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)；使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(124.2mg)5‑降冰片烯‑2‑甲醇、20mL甲苯制成均相溶液A；以及0.05mmol(42.45mg)Grubbs二代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为36.34μL/min(总流速为72.68μL/min)，即反应停留时间为15min。反应器温度为60℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀2h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到产物放入真空干1
燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过H NMR与鉴定，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为72％，金属催化的开环易位聚合转化率为100％。通过GPC测定得，聚合物数均分子量为10.4kg/mol，分子量分布指数为1.55。

[0095] 对比例4

[0096] 将粒径为0.3～0.1mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为3.8mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)；使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(179.2mg)N‑羟基‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺、20mL甲苯制成均相溶液A；以及0.05mmol(42.45mg)Grubbs二代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为36.34μL/min(总流速为72.68μL/min)，即反应停留时间为15min。反应器温度为60℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀2h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到产物放入1
真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过H NMR与鉴定，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为72％，金属催化的开环易位聚合转化率为23％。通过GPC测定得，聚合物数均分子量为6.2kg/mol，分子量分布指数为1.72。

[0097] 对比例5

[0098] 将粒径为0.3～0.1mm的1.05g固定化酶Novozyme435填充入内径为10mm的固定化酶微反应器中(保留体积为1.09mL)；使用内径为1mm的微通道管连接注射器和混合器(保留体积为0.62mL)，使用内径为1.5mm的微通道反应器连接微混合器和固定化酶反应器以及装置出口(保留体积为0.88mL)。使用经过重蒸干燥处理后的甲苯溶剂冲洗管道。分别在高温除水后的两个50mL Schlenk圆底烧瓶中加入10mmol(1.1414g)ε‑己内酯、1mmol(179.2mg)N‑羟基‑5‑降冰片烯‑2,3‑二甲酰亚胺、20mL甲苯制成均相溶液A；以及0.05mmol(42.45mg)Grubbs二代催化剂、20mL甲苯制成均相溶液B，震荡混匀后分别移入物料进样装置中的两个注射器中。设置进样装置的进样流速分别都为36.34μL/min(总流速为72.68μL/min)，即反应停留时间为15min。反应器温度为60℃，开始反应，待30min反应稳定后收集，收集的同时加入过量乙烯基乙醚淬灭，收集完成后加入90mL冷甲醇静置沉淀2h，离心分离得到沉淀，使用四氢呋喃溶解沉淀并重新按上述沉淀分离。重复分离提纯步骤一共三次，得到产物放入1
真空干燥箱干燥48h。所得的刷形聚合物结构通过H NMR与鉴定，聚合过程中关于酶催化开环聚合的单体转化率为93％，金属催化的开环易位聚合转化率为80％。通过GPC测定得，聚合物数均分子量为13.2kg/mol，分子量分布指数为1.39。

[0099] 图6为实施例9、10、14刷形聚酯多元醇的GPC图，从图中可以看出，利用对比例2的方法合成的聚合物分子刷仍具有大分子单体的残留(在11‑12min处)，而采用本发明的方法制备得到的聚合物分子刷均无大分子单体残留。

[0100] 本发明在固定化酶微反应器系统中，通过优化和匹配微反应器参数和反应条件，使得生物催化的开环聚合与化学催化的开环易位聚合正交进行，解决大分子单体残留、后处理繁琐等问题，做到高效获得窄分布的瓶刷聚合物功能材料。针对不同单体及催化剂构建微反应器单元，对不同单体的聚合过程进行精准的控制，通过对微尺度下聚合动力学的研究，实现刷形聚合物主链和侧链链长调节，制备结构精确，主链和侧链可控的刷形聚合物，并引入微反应器系统，优化反应过程的时空控制，强化反应混合效果，实现反应速率的提高。综上，本发明提供了一种高效制备刷形聚合物的新方法，为刷形聚合物结构的精准控制提供了新的技术借鉴；为传统的大单体聚合法、从主链接枝法和接枝到主链法等多种聚合方法的结合提供了良好的参考。

[0101] 本发明提供一种利用微反应器生物‑化学催化正交制备刷形聚酯多元醇的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。