制备聚酯的方法发明背景
本发明涉及制备聚酯均聚物或者聚酯共聚物的方法。
聚酯是令人感兴趣的材料，这归因于它们的性质，其例如包括生
物相容性，生物降解性和药物渗透性。另外当用于膜应用时，它们会
表现出优选的阻隔性质，特别是阻氧性。所以聚酯是医学和食品包装
应用中所非常令人感兴趣的。对于这些目的来说，期望的是具有工程
化结构的材料，其意味着对聚合反应高水平控制的需要。另外，具有
正确的性质时，某些聚酯会形成令人感兴趣的生物可降解的选项，用
于不同应用中的聚乙烯。
传统的聚酯合成策略使用例如缩聚，产生了根本的问题，其会使
得这些材料的受控合成成为冗长方法。例如通过缩聚制备聚酯会伴随
着化学计量的问题，需要高转化率和除去反应过程中所形成的小分子。
用于这些常规策略的合适的替代是环酯的开环聚合，特别是内酯。这
种聚合是基于这样的事实，即，环状单体“打开”和依靠链增长方法
形成聚合物链。但是，开环聚合反应也会是难以控制的，特别是当使
用阴离子或者阳离子型引发剂时更是如此。已知的是开环聚合反应可
以用酶来进行，其在适度聚合条件下具有令人满意的转化率。例如脂
肪酶例如CandidaAntarcticaLipaseB(CALB)在内酯的开环聚合中是
高活性的，并且表现出对于具有相对大的环尺寸的内酯具有特别高的
聚合速率。内酯在这种方法中的反应性不受控于小内酯的高环应变，
但是脂肪酶对于大环内酯中存在的反式酯键构造是优先的。大内酯因
此能够容易地通过CALB聚合。例如已经报道了数均分子量高到
150000g/mol的聚十五烷内酯(PPDL)(Focarete等人，J.Polym.Sci.B：
Polym.Phys.2001，39，1721和DeGeus等人，Polym.Chem.2010，1，
525)。
但是，对于所形成的聚酯的分子量和多分散性指数的控制可以是
有限的，并且更重要的，使用酶的开环聚合受到使用温度的强的限制，
因为酶典型的无法经受住较高的反应温度。另外，能够用于内酯的开
环聚合的酶是相当昂贵的。
鉴于酶开环聚合的限制，已经尝试了寻找合适的可选择的金属介
导的开环聚合方法。这样的方法是特别吸引人的，因为它们允许通过
使用亲核引发剂对聚合物分子量，分子量分布，共聚物组成和形态和
端基进行高水平的控制。通常认可的是内酯的开环聚合背后的驱动力
是在从环酯向聚酯链转变中释放环应变，或者在热力学术语方面，其
通过焓的负改变发生。因此，由于环应变随着环酯的环尺寸的增加而
降低，因此金属介导的开环聚合的反应性也同样降低。经验上，这是
由Duda在使用辛酸锌/丁醇作为催化剂/引发剂的不同尺寸的内酯的
开环聚合的比较性研究中显示的(Duda等人，Macromolecules2002，
35，4266)。虽然对于六元(β-戊内酯)和七元(ε-己内酯)内酯来说发现
聚合的相对速率分别是2500和330，但是12-17元内酯的反应速率仅
仅是大约1。鉴于期望提供用于内酯的金属介导的开环聚合的合适的
催化剂，其能够实现与酶开环聚合所报道的类似的转化率和分子量和
进一步获得金属介导的开环聚合良好的热稳定性和金属介导的开环聚
合在控制分子量，分子量分布和端基方面的通用性，WO2012/065711
公开了制备聚酯的方法，包括提供环尺寸为6-40个碳原子的任选取代
的内酯；和将所述的内酯进行金属介导的开环聚合，使用通式(I)的化
合物作为催化剂：
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其中
M选自Al，Ti，V，Cr，Mn和Co；
X和X'独立地是杂原子，优选X和X'是相同的；
Y和Y'独立地选自O，N，S，P，C，Si和B，优选Y和Y'是相
同的；
Z选自氢，硼氢化物，铝氢化物，二价碳基，甲硅烷基，氢氧基，
烷氧基，芳氧基，羧酸酯基，碳酸酯基，氨基甲酸酯基，胺基，硫醇
酯基，磷化物基和卤素基；
L1和L2独立地是有机配体，其分别将X和Y连接在一起和将
X'和Y'连接在一起，优选L1和L2是相同的；和
L3是任选的有机配体，其将Y和Y'连接在一起。
根据现有技术，本领域仍然需要提供下面的一种或多种：用于大
环尺寸的环酯，特别是内酯的开环聚合的另外一种方法；用于环酯，
特别是内酯的开环聚合的方法，其允许制备具有良好受控的分子量和
多分散性的高分子量聚酯；用于环酯，特别是内酯的开环聚合的方法，
其允许制备星型聚酯或者共聚酯；用于环酯，特别是内酯的开环聚合
的方法，其允许使用这样的催化剂来制备聚酯，所述催化剂是生物相
容性的和/或可以用于其中聚酯材料与食品接触的应用中；或者用于环
酯，特别是内酯的开环聚合的方法，其中催化剂的量降低到最小。
发明内容
本发明人现在已经发现另一催化剂体系，其允许环酯，特别是内
酯受控的开环聚合，其具有相对大的环尺寸。在此程度上，本发明涉
及制备聚酯的方法，其包括提供环尺寸为12-40个原子的第一环酯，
和通过将该第一环酯与式I的催化剂接触，来使得该第一环酯进行开
环聚合：
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其中
M是金属并且选自第2族金属和第12族金属；
Z选自氢、硼氢化物、铝氢化物、二价碳基、甲硅烷基、氢氧基、
烷氧基、芳氧基、羧酸酯基、硫代羧酸酯基、二硫代羧酸酯基、碳酸
酯基、氨基甲酸酯基、胍酸酯基、酰胺基、硫醇酯基、磷化物基、腙
酸酯基、酰亚胺基、氰化物基、氰酸酯基、硫代氰酸酯基、叠氮化物
基、硝基、硅氧化物基和卤素基；
X选自O、N、S和P；
R1是有机连接部分，并且链长是至少1个，优选至少2个原子，
R2是选自下面的有机部分：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、C1-10胺基、C1-10硝
基、C1-10氰基、卤素基(F、Cl、Br、I)和含有选自氧、硫、氮和磷的
1-4个杂原子的5-或者6元杂环；
R3是任选的有机部分和可以与R2相同或者不同；
R4、R5、R6、R7是有机部分，并且可以相同或者不同，和选自氢、
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、C1-10胺基、C1-10硝基、C1-10氰基、卤素基(F、Cl、Br、I)和
含有选自氧、硫、氮和磷的1-4个杂原子的5-或者6元杂环；和
R8是选自下面的有机部分：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、C1-10胺基、C1-10硝
基、C1-10氰基、卤素基(F、Cl、Br、I)和含有选自氧、硫、氮和磷的
1-4个杂原子的5-或者6元杂环。
附图说明
图1显示了用本发明的方法制备的两种共聚物的DSC图。
图2显示了用本发明的方法制备的CL/PDL无规共聚物的DSC
图。
具体实施方式
本发明人发现式(I)的金属络合物催化剂能够以一定方式有效地催
化具有相对大的环尺寸的环酯，特别是内酯的金属介导的开环聚合，
该方式产生了这样的聚合物，其具有与通过酶开环聚合所获得的那些
类似的性质，例如多分散性指数和分子量。此外，已经发现该聚合方
法具有良好的聚合动力学，其与内酯的酶开环聚合相当或者更好。通
过正确地选择金属M，可以获得催化剂体系，其被证实是生物相容性
的和/或能够减少催化剂的总用量和/或能够获得星型或者其他形态的
聚合物。所以，通过使用所述方法，满足了一些或者全部上述目标。
关于基团Z：
所述硼氢化物可以是BH4-XRX，其中x是整数0-3和R是二价碳
基或者烷氧基，
所述铝氢化物可以是AlH4-XRX，其中x是整数0-3和R是二价碳
基或者烷氧基，
所述二价碳基可以是任何烃，-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，
所述甲硅烷基可以是-SiR3，其中R是氢，任选取代的烷基，任选
取代的芳基，
所述烷氧基可以是-OR，其中R是任选取代的烷基，
所述羧酸酯可以是-OC(＝O)R，其中R是氢，任选取代的烷基，任
选取代的芳基)，
所述硫代羧酸酯可以是-SC(＝O)R，其中R是氢，任选取代的烷基，
任选取代的芳基，
所述二硫代羧酸酯可以是-SC(＝S)R，其中R是氢，任选取代的烷
基，任选取代的芳基，
所述胍酸酯可以是(-N＝C(Ra)N(Rb)Rc或者N(Rb)C(Ra)＝NRc，其中
Ra，Rb，Rc是氢，任选取代的烷基，任选取代的芳基，
所述碳酸酯可以是-OC(＝O)OR，其中R是任选取代的烷基，任选
取代的芳基，
所述氨基甲酸酯可以是-OC(＝O)NR2，其中R是任选取代的烷基，
任选取代的芳基，
所述酰胺基可以是-NR2，其中R是氢，任选取代的烷基，任选取
代的芳基，
所述硫醇酯可以是-SR，其中R是氢，任选取代的烷基，任选取代
的芳基，
所述磷化物基可以是-PR2，其中R是氢，任选取代的烷基，任选
取代的芳基，
所述腙酸酯基可以是(-N(Ra)N＝C(Rb)Rc，这里Ra，Rb，Rc是氢，
任选取代的烷基，任选取代的芳基，
所述酰亚胺基可以是(-N＝C(Ra)Rb，这里Ra，Rb是氢，任选取代
的烷基，任选取代的芳基。
作为此处使用的，术语“二价碳基”意指全部类型的烃，包括烷基，
芳基，乙烯基和次乙基(acetylene)。
取代基Z可以是硼氢化物或铝氢化物等。硼氢化物(例如BH4)和铝
氢化物(例如AlH4)是经由氢化物结合的阴离子物质。这可以表示为
Μ(μ-Η)2ΑΗ2(M＝定义如上，A＝B或者Al)。
优选Z是具有1-4个碳原子的二价碳基，例如乙基或甲基，丙基
和丁基，或者Z是戊基，己基，庚基，正辛基，或者Z是含有1-20
个碳原子的烷氧基团，例如甲氧基，乙氧基或者苄氧基。如果Z是具
有1-4个碳原子的二价碳基，则在使用中，当用例如醇来活化所述催
化剂时，各自的有机分子是以气态形式从反应混合物中释放的，不留
下残留物。例如如果Z是乙基，则在用醇活化催化剂时，会释放乙烷
和形成催化活性金属烷氧化物。
金属M优选选自铝，钙，锌和镁，并且优选是镁，钙或者锌。本
发明人发现基于这些金属的催化剂能够获得高分子量聚合物，并且可
以相对容易地制备。另外钙，镁和锌金属是生物相容性的。当使用金
属钙，锌和镁时，获得了活性催化剂体系。用活性催化剂体系表示该
催化剂将在开环聚合中保持活性，直到它失活或者直到反应混合物中
不再留有单体为止。催化剂失活可以例如通过将酸性甲醇加入到反应
混合物中来进行。第2或者12族的其他金属可以表现出类似于钙，锌
和镁的行为，但是从经济的观点来说是不太有利的是，和/或会导致较
低的聚合速率和/或还会导致酯交换反应。例如本发明人已经发现基于
作为金属的铝的催化剂导致了一些酯交换反应(特别是尾咬
(back-biting)反应)，其具有产生一些低分子量环状低聚物的效果。此
外，任何嵌段状共聚物将缓慢地转化成更多的无规类型共聚物。所以，
和严格来说，基于铝的催化剂不可以被视为活性催化剂。不过这样的
催化剂体系可以称作良好控制的催化剂体系。式I的R1优选是直链或
者支化的脂肪族链，或者环状的或者芳族部分，其包含1-30个碳原子，
任选含有选自N，O，F，Cl和Br的1-10个杂原子。R1可以是饱和
的部分。特别优选的是直链或者支化的饱和脂肪族链，其的链长是1-4，
或者2-4个碳原子。R1优选不包含杂原子。R1可以是-(C2H4)-，-(C3H6)-，
-(C4H8)-。其中R1是环部分的例子是环己基。
在所述方法的优选的实施方案中：
X是N
R5、R7和R8是氢和/或
R4和R6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、
金刚烷基、甲氧基、乙氧基、(正-/叔-)丁氧基、芳氧基和卤素基。
在本发明方法的另一优选的实施方案中：
R1是-[CH2-CH2]-连接部分，
R2和R3是氢，和/或
R5、R7和R8是氢，和/或
R4和R6是叔丁基，和/或
X是N，和/或
Z是乙基或者N(Si-CH3)2。
在具体实施方案中，该催化剂选自：
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开环聚合的机理和引发是本领域技术人员公知的，并且例如描述
在“HandbookofRingOpeningPolymerization，2009，Eds.Philippe
Dubois，OlivierCoulembier，Jean-MarieRaquez，WileyVCH，ISBN：
9783527319534”中。
该催化剂的重要方面是这些催化剂表现出活性/良好控制的行为。
此外，这些催化剂在过量的质子链转移剂存在下是稳定的，其产生了
持久的催化剂体系，这能够生产每活性位置多个聚合物链，不损失活
性，同时保留了对于分子量，PDI和聚合物微结构(无规和嵌段共聚物)
以及形态(线形，星型(共)聚合物)的最佳控制。
第一环酯的环尺寸是12-40个原子，优选12-24个原子。优选该第
一环酯是内酯。优选地，除了酯的氧之外，形成环的原子是碳原子。
该第一环酯可以是例如11-十一烷内酯，12-十二烷内酯，13-十三烷内
酯，14-十四烷内酯，15-十五烷内酯(或ω-十五烷内酯)，环十五烯内
酯(globalide)，16-十六烷内酯，麝子内酯，17-十七烷内酯，18-十八
烷内酯，19-十九烷内酯。特别优选的第二环酯是十五烷内酯，18-十
八烷内酯，12-十五烯-15-内酯(称作环十五烯内酯)和7-十六烯-16-内酯
(称作麝子内酯)，这是鉴于它们的商业可获得性和/或易于制造和良好
的反应性。优选该第二环酯在环中具有仅仅一个酯官能度。
作为此处使用的，术语环尺寸指的是形成内酯中的环的原子的数
目。例如己内酯具有7元环，即，环尺寸是7。己内酯的环由6个碳
原子和1个氧原子组成。
本发明的方法可以进一步包括提供第二或者另一环酯，优选其具
有第二环尺寸4-40个原子，和其中该第一和第二环酯都进行了所述的
开环聚合。换言之，该方法不限于环酯的均聚，而是还可以通过加入
第二或者另一环酯到反应中来用于制备共聚物。
该第二(或另一)环酯可以是环尺寸为4-11个原子，例如4-8个原
子的环酯。优选该第二或者另一环酯是内酯，其是在环中具有单个酯
基团的环酯。优选除了所述酯的氧之外，形成环的原子是碳原子。该
第二或者另一环酯的例子包括β-丙内酯，β-丁内酯，3-甲基氧杂环丁
-2-酮，γ-戊内酯，己内酯，ε-己内酯，ε-癸内酯，5，5-二甲基-二氢-
呋喃-2-酮，(S)-γ-羟基甲基-γ-丁内酯，γ-辛内酯，γ-壬内酯，δ-戊内酯，
δ-己内酯，δ-癸内酯，δ-十一烷内酯，δ-十二烷内酯，乙交酯，丙交酯
(L，D，内消旋)，庚内酯，辛内酯，壬内酯，癸内酯。优选该第二或
者另一环酯在环中具有仅仅一个酯官能度。
该第二(或另一)环酯还可以是环尺寸为12-40个原子，例如12-24
个原子的环酯。该第二或者另一环酯优选是内酯。优选除了所述酯的
氧之外，形成环的原子是碳原子。该第二或者另一环酯可以是例如11-
十一烷内酯，12-十二烷内酯，13-十三烷内酯，14-十四烷内酯，15-
十五烷内酯(或ω-十五烷内酯)，环十五烯内酯，16-十六烷内酯，麝子
内酯，17-十七烷内酯，18-十八烷内酯，19-十九烷内酯。优选该第二
环酯在环中具有仅仅一个酯官能度。
该第一和/或第二和/或另一环酯，特别是在它们是内酯的情况中，
可以处于任何异构体形式，并且可以进一步包含在环上的有机取代基，
其不阻止开环聚合。这样的环酯的例子包括4-甲基己内酯，1，5-二氧
杂环庚-2-酮(在3位置上的醚取代基)，蓖麻油酸的内酯(10-元环，在
(co-1)位置上具有支化的己基)或者其氢化形式，13-己基氧杂环十三烷
-2-酮(大环，在α-位置上具有支化的己基)等。
进一步可能的是该第一和/或第二和/或另一环酯在环中包含一个
或多个不饱和度。这样的环酯的例子包括5-十四烯-14-内酯，11-十五
烯-15-内酯，12-十五烯-15-内酯(也称作环十五烯内酯)，7-十六烯-16-
内酯(也称作麝子内酯)，9-十六烯-16-内酯。
该第一和/或第二环酯可以进一步在环中具有一个或多个杂原子，
条件是这不阻止开环聚合。这样的环酯的例子包括10-氧杂十六烷内
酯，11-氧杂十六烷内酯，12-氧杂十六烷内酯和12-氧杂十六烯-16-内
酯。但是优选该第一和/或第二和/或另一环酯在环中不包含杂原子。
其中第二和/或另一环酯进行了开环聚合的方法的实施方案可以使
用单步骤或者“一锅法”技术或者使用依次供料聚合技术或者依次聚
合技术来进行。
作为此处使用的，术语“依次聚合”应当理解为表示环酯的依次开
环聚合。在这种聚合技术中，一次聚合一种环酯，并且仅仅在第一环
酯已经基本上转化成聚合物后，然后将第二环酯加入该反应中。依次
供料聚合方法可以通过如下来进行：开环聚合第一环酯，随后开环聚
合第二或者另一环酯，或者开环聚合第二或者另一环酯，随后开环聚
合第一环酯。依次聚合技术明显不同于共聚技术，在共聚技术中，加
入全部环酯或者全部环酯在反应过程中同时以其他方式存在，这样的
技术可能被称作“一锅法”，“一步法”或者“单供料”聚合技术。
所述方法不限于这些技术的任何一种，并且可以甚至包括杂合技
术，其包括聚合第一环酯直到达到特定转化率，例如20％-80％，然后
继续加入第二或者另一环酯。
优选该方法是一步进行的。
在本发明的方法中，环酯和催化剂之间的量的摩尔比优选是
20:1-1000:1，优选40:1-750:1，更优选50:1-500:1。
任选的，本发明方法所用的催化剂可以与引发剂组合使用，优选
以大约等摩尔的量组合。用于本发明方法的合适的引发剂包括质子试
剂例如醇，水，羧酸和胺。这样的引发剂是本领域技术人员公知的，
并且其例子可以例如在Clark等人，Chem.Commun.2010，46，273-275
及其中所引用的参考文献中找到，该文献在此引入作为参考。
多官能化引发剂(或者链转移剂)的使用例如公开在Dong等人，
Macromolecules2001，34，4691或者Dong等人，Polymer2001，42，
6891或者Kumar等人，Macromolecules2002，35，6835，或者Zhao
等人，Chem.Mater.2003，15，2836或者Carnahan等人，
J.Am.Chem.Soc.2001，123，2905中。在其中开环共聚是在引发剂存
在下进行的实施方案中，引发剂和催化剂的摩尔比通常是大约1:1，
除非该用作引发剂的试剂还用作链转移剂。
如果引发剂也用作链转移剂，则环酯和引发剂之间的摩尔比可以
作为工具，用于调节根据本发明方法制备的聚酯的分子量。达到这样
的程度，即，本发明人发现该聚合物的分子量随着环酯与引发剂之比
的增加而几乎线性增加。
在其中引发剂用作链转移剂的实施方案中，则该引发剂是以相对
于催化剂过量加入的，来生产每个活性位置大于一个链。所用的催化
剂的量可以在链转移剂存在下降低，这归因于催化剂效率的提高。如
果存在，链转移剂的摩尔量通常将是催化剂摩尔量的1-1000倍，优选
是催化剂摩尔量的10-100，更优选10-50倍。在这种实施方案中，单
体与催化剂之比可以大于1000:1和可以达到相对高的值，例如高到
1000000。
该开环聚合反应优选在惰性气氛中进行，例如在氮气氛中进行，
原因是催化剂在惰性气氛下表现更好，并且优选不存在(明显量的)水。
如果期望，则本发明的开环聚合可以在溶剂存在下进行，例如脂
肪族或者芳族烃(例如庚烷，甲苯)，卤化的脂肪族或者芳族烃(例如二
氯甲烷，溴苯)和醚(例如二乙基醚)。该溶剂可以用于溶解环酯和/或增
加聚合动力和选择性。但是该开环聚合也可以在本体单体中进行。
通过本发明的方法制备的聚酯的分子量可以在宽的限度内变化，
并且可以通过选择环酯和催化剂之间的摩尔比，以及在适用时选择链
转移剂(或引发剂)的量和类型，来进行调节来满足具体性质。
有利的是，该方法可以在相对高的加工温度进行，在该温度时，
用于内酯的酶开环聚合的酶通常会降解。通常，本发明的方法可以在
70-180℃，例如80-175℃，或者90-150℃的温度进行。
因为用于本发明方法的催化剂的量是相对低的，因此一旦制备后，
不直接需要从聚合物产物中分离催化剂。但是，无论出于何种原因需
要分离催化剂时，则这可以例如通过在合适的溶剂中沉淀该聚合物来
进行。
用所述方法获得的聚酯可以具有任何期望的分子量，从相对低的
分子量(如果期望蜡状材料)或者到相对高的值，来获得期望的机械性
质或者熔体粘度。优选数均分子量(Mn)是至少2000g/mol，并且实际
上限是例如150000g/mol。更优选Mn是30000-100000g/mol或者
50000-80000g/mol。
该方法的另一方面是它能够制造具有相对低的多分散性指数的聚
酯，其优选最多是3。作为此处定义的，多分散性指数或者PDI表示
重均分子量和数均分子量之比(Mw/Mn)。更优选该PDI是1-3或者
1-2。
通过本发明方法可获得的聚酯可以是线性聚合物，星型聚合物例
如Y型支化聚合物，H型支化聚合物，和梳型或者刷型聚合物。
Y型支化聚合物是这样的聚合物，其具有在中心点处彼此连接的
三个枝。这样类型的聚合物是更一般术语星型聚合物的一种物质。
H型支化聚合物是这样的聚合物，其具有从中心连接基团(或者桥)
彼此连接的四个枝。这样类型的聚合物是更一般术语星型聚合物的一
种物质。所述桥可以是短烃链，例如链长是2-6个碳原子，所述四个
枝从其延伸。
梳或者刷型聚合物是具有线性分子链作为主链(梳或刷的基础)的
聚合物，多个枝(梳或刷的齿)从其延伸。
星型聚合物是这样的聚合物，其具有多个枝从其延伸的中心。该
中心可以是单个原子或者小烃。
本发明人相信调节聚合物类型的这种灵活性是本发明方法的优
点。聚合物类型可以通过选择适当的引发剂(或链转移剂)来调节。例
如如果选择季戊四醇作为引发剂，则可以形成具有四个枝的星型聚合
物。
通过本发明方法所获得的聚酯可以用于广泛的多种应用，这取决
于它们各自的性质，例如数均分子量，多分散性指数，类型，用于所
述方法的第一和第二环酯和各自的量等。
该聚酯可以用于制作具有高机械强度的纤维。具体来说，具有高
的分子量和相对低的多分散性指数的共聚物适于这个目的。
该聚酯可以进一步用于生物医学应用。在这方面，非常有利的是
该聚酯的可降解性可以通过引入共聚单体来调节。例如已知的是来自
于具有相对低的环尺寸的内酯的(共)聚合物的生物可降解性大于具有
大环尺寸的内酯。因此，通过调节该共聚物的组成(即第一和第二内酯
的选择和量)，可以获得期望的生物可降解性。共聚物的越无规，这种
生物可降解性将越均匀。
生物医学应用的例子包括螺杆(例如用于骨头)，骨架(scaffolding)，
缝合，药物递送装置等。
该聚酯可以进一步用于聚合物组合物，其进一步包含其他聚合物
材料例如聚酯，聚碳酸酯，聚酰胺和聚烯烃。
本发明现在将依靠下面的实施例和附图来进一步说明，其绝非打
算以任何方式进行限制。
实施例
全部溶剂和试剂购自商业来源，除非另有指示。对二甲苯(99.9％)
是在钠上干燥的，并且在氮气下分馏和在使用前脱气。十六烷醇，十
五烷内酯，ε-癸内酯，麝子内酯，ε-己内酯和β-丁内酯是在使用前在
氮气下从CaH2新蒸馏的。将甲苯在使用前送过净化柱并且脱气。
1HNMR和13CNMR光谱是在室温在CDCl3中，使用以400MHz
和100.62MHz频率(分别用于1H和13C)运行的VarianMercuryVx分
光计来记录的。对于1HNMR实验，光谱宽度是6402.0Hz，采集时间
是1.998s和记录扫描数等于64。13CNMR光谱是用光谱宽度
24154.6Hz，采集时间1.300s和256扫描来记录的。化学位移是以ppm
单位，相对于四甲基硅烷(TMS)来报告的，并且参考TMS来确定。
高温尺寸排阻色谱法(HT-SEC)是在160℃，使用Polymer
LaboratoriesPLXT-20RapidGPC聚合物分析系统(折射率检测器和
粘度检测器)进行的，其具有串联的3个PLgelOlexis(300x7.5mm，
PolymerLaboratories)柱。将1，2，4-三氯苯用作洗提剂，流速是
1mL·min-1。分子量是相对于聚乙烯标准物(PolymerLaboratories)来
计算的。将PolymerLaboratoriesPLXT-220机器人样品处置系统用
作自动取样机。
熔融温度(Tm)是通过差示扫描量热法(DSC)，使用来自TA
Instruments的DSCQ100测量的。该测量是在从-60℃到130℃的加热
和冷却速率10℃·min-1进行的。所述转变是从第二加热和冷却曲线推
出的。第一和第二运行是在冷却到大约20℃后记录的。所记录的熔融
温度对应于第二运行中的熔融峰。
均聚条件
在手套箱中，将环酯(内酯)单体，催化剂和等摩尔量的醇(R-OH)
置于小的玻璃盖帽(crimpcap)小瓶中。加入干燥甲苯，并且将该小瓶
盖上盖子。将该反应混合物从手套箱中取出，并且在100℃搅拌给定
时间。对于全部的反应，在聚合结束时取出等分部分的粗聚合物，并
且溶解在CDCl3中来通过1HNMR光谱测定单体转化率。该反应然后
通过冷却所述混合物而停止，真空下除去甲苯，并且将过量甲醇(～5mL)
加入来沉淀该聚合物。将所生产的聚合物分离和在真空下在室温干燥
至少18小时，并且通过高温尺寸排阻色谱法(HT-SEC)，差示扫描量
热法(DSC)和1H，13C核磁共振光谱法(NMR)等表征。
共聚条件
在手套箱中，将第一和第二环酯(内酯)，催化剂和等摩尔量(相对
于催化剂)的醇(R-OH)同时置于小的玻璃盖帽小瓶中。将该小瓶盖上
盖子，从手套箱中取出，并且在100℃搅拌给定时间(1-18h)。接着，
从小瓶中取出等分部分的粗聚合物，用于测定单体转化率。该共聚物
然后在THF中沉淀，真空下干燥18h，并且通过高温尺寸排阻色谱法
(HT-SEC)，差示扫描量热法(DSC)和1H，13C核磁共振光谱法(NMR)
等表征。
用于嵌段共聚的共聚条件
首先将环酯(内酯)单体和甲苯(或者直接在本体条件)转移到处于
手套箱中的氮气氛下的玻璃盖帽小瓶中。将一定量的醇(例如BnOH)
加入该混合物中，然后盖上该小瓶，并且该反应在100℃进行预定的
反应时间。在该反应时间结束时，取一等分用于分析。基于该分析，
然后将一定量的第二环酯(内酯)单体在惰性条件下加入该小瓶中，其
后将该小瓶再次密封和在100℃进一步反应预定的反应时间。在这个
第二反应时间结束时，取出一等分，并且溶解在用于NMR的CDCl3
中，并且将该混合物通过酸性甲醇骤冷，将沉淀的聚合物过滤，用甲
醇清洗几次，和在真空下干燥24h，然后进一步表征。
催化剂制备
所述方法所用的催化剂可以使用本领域已知的程序来制备。这样
的方法的例子可以在下面找到：Cameron等人，J.Chem.Soc，Dalton
Trans.2002，3，415和/或WO2004/081020和/或Troesch等人，
Anorg.Allg.Chem2004，630，2031-2034和/或Chamberlain等人，
J.Am.Chem.Soc.2001，123，3229和/或Colesand等人，
Eur.J.Inorg.Chem.2004，2662和/或Darensbourg，D.J.；Choi，W.；
Richers，C.P.Macromolecules2007，40，3521。
催化剂1
第一催化剂是按照方案1来制备的。
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方案1
将ZnEt2(己烷中1.71mL的1.1M溶液，1.88mmol)在甲苯(10mL)
中的溶液在20℃下加入到(亚氨基酚盐)前配体{ONN}H(0.52g，
1.71mmol)在甲苯(10mL)中的溶液。该反应在室温进行24h，其后在真
空下除去挥发物。将残留物用冷石油醚(2x10mL)清洗，并且产生处于
黄色粉末形式的催化剂1(0.56mg，83％)。
1HNMR(400MHz，CD2Cl2，298K)：δ0.17(q，J＝7.9Hz，2H，
Zn-CH2)，1.20(t，J＝8.1Hz，3H，Zn-CH2CH3)，1.27(s，9H，tBu)，
1.43(s，9H，tBu)，2.37(s，6H，N(CH3)2)，2.60(t，J＝6.3Hz，2H，
NCH2CH2NMe2)，3.67(t，J＝6.3Hz，2H，NCH2CH2NMe2)，6.91(s，1
HAr)，7.33(s，1HAr)，8.15(s，1H，CH＝N)。
13C{1H}NMR(75MHz，C6D6，298K)：δ12.40(Zn-CH2)，
29.06(Zn-CH2CH3)，31.13(C(CH3)3)，33.61(C(CH3)3)，45.92(N(CH3)2)，
55.64(NCH2CH2NMe2)，60.53(NCH2CH2NMe2)，127.85，128.61，137.96，
140.89(CAr)，168.75(C＝N)。
催化剂2
第二催化剂是使用类似于催化剂1的程序，并且按照方案2来生
产的。
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方案2
催化剂2是使用类似于制备催化剂1的程序来制备的。将AlMe3
溶液(庚烷中1.25mL的1.5M溶液，1.88mmol)与前配体
{ONN}H(0.56g，1.84mmol)在甲苯(10mL)中的溶液在室温反应24小
时，并且在检测(work-up)后提供作为白色粉末的催化剂2(0.57g，
86％)。
1HNMR(400MHz，C6D6，298K)：δ-0.52(s，6H，Al(CH3)2)，1.06(s，
9H，t-Bu)，1.40(s，9H，t-Bu)，1.62(s，6H，N(CH3)2)，1.84(t，J＝6.3Hz，
2H，NCH2CH2NMe2)，2.64(s，2H，NCH2CH2NMe2)，6.56(s，1H，
HAr)，6.91(s，1H，HAr)，8.02(s，1H，CH＝N)。
13C{1H}NMR(100MHz，C6D6，298K)：δ-8.23(Al(CH3)2)，
29.92(C(CH3)3)，31.94(C(CH3)3)，35.60(C(CH3)3)，36.58(C(CH3)3)，
42.76N(CH3)2)，54.10(NHCH2CH2N)，60.53(NCH2CH2NMe2)，125.56，
127.60，134.12，142.15(CAr)，172.34(C＝N)。
催化剂3
第三催化剂是按照方案3制备的。
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方案3
催化剂3是通过如下来制备的：将前配体{ONN}H(0.64g，2.10mmol)
和NaN(SiMe3)2(0.77g，4.21mmol)溶解在10ml的THF中。在室温搅
拌6h后，将该混合物加入THF(5mL)中的CaI2(0.62g，2.11mmol)。
然后将该混合物在室温搅拌24h。将所形成的沉淀物通过过滤除去和
用THF清洗(2x10mL)。将THF相合并和在真空下除去THF(溶剂)，
这产生了橙色残留物，其然后用石油醚(5x2mL)清洗和在真空下干燥，
来产生黄色粉末形式的催化剂3(1.02g，85％)。
1HNMR(400MHz，CD2Cl2，298K)：δ0.04(s，18H，Si(CH3)3)，
1.34(s，9H，C(CH3)3)，1.43(s，9H，C(CH3)3)，1.56(s，6H，N(CH3)2)，
1.74(m，4H，β-CH2THF)，1.94(t，J＝6.3Hz，2H，NCH2CH2NMe2)，
2.64(s，2H，NCH2CH2NMe2)，6.56(s，1H，HAr)，3.61(m，4H，α
-CH2THF)，6.70(s，1H，HAr)，6.91(s，1H，HAr)，8.10(s，1H，
CH＝N)。
13C{1H}NMR(100MHz，CD2Cl2，298K)：δ2.12(Si(CH3)3)，25.43
β-CH2THF)，29.14(C(CH3)3)，31.41(C(CH3)3)，33.66(C(CH3)3)，
35.27(C(CH3)3)，42.76N(CH3)2)，54.10(NHCH2CH2N)，
60.53(NCH2CH2NMe2)，125.56，127.60，134.12，142.15(CAr)，167，
79(CO在Ar中)，172.34(C＝N)。
实验1：均聚
表1汇总了均聚实验，其是由本发明人进行的。实验是使用催化
剂1，催化剂2和催化剂3来进行的，并且环酯单体是十五烷内酯
(PDL)，麝子内酯(Amb)和环十五烯内酯(Glob)。醇ROH是BnOH。
环酯(单体)转化率是使用1HNMR在内酯的α-亚甲基氢上测定的。
TOF表示转化频率，并且它是转化率和时间的比率。[mol/l]0表示在
聚合反应之前单体的浓度(以mol/L计)。术语[Mon]/[M]/ROH表示在
聚合反应之前，单体与催化剂的金属与醇的摩尔比。
表1
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用催化剂1和催化剂2的进一步的实验是使用PDL作为单体来进
行的。这些实验汇总在下表2中。聚合是如这里所述来进行的。术语
[BnOH]表示相对每摩尔用于聚合的催化剂，苄醇的摩尔量。
表2
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表2的结果表明在增加[BnOH]时，所获得的聚合物(PPDL)的分子
量降低。这归因于所述催化剂的活性或者至少良好控制的性质和这样
的事实，即，苄醇充当了链转移剂。这个结果进一步表明催化剂金属
中心是稳定的，并且配体在那些条件下没有被置换(过量的游离醇)。
不打算受限于此，本发明人相信这可以通过增长的聚合物(PPDL)链和
游离醇或者羟基末端的聚合物链在聚合方法过程中的快速可逆交换来
解释。所述催化体系(即，催化剂和醇一起)的这种性质因此可以用于
使得催化剂的量最小化和促进了对于金属残留物污染最终聚合物的限
制。
表2还表明所获得的聚合物(PPDL)的多分散性指数是相对低的，
并且除了样品17之外小于2。表2进一步表明当比较分别在4小时和
24小时后所获得的聚合物时，铝基催化剂2将不导致同样程度的分子
量增加。本发明人将这种发现归因于铝金属中心催化的酯交换反应。
实验2：PDL和CL的依次供料共聚
在手套箱中将PDL单体和甲苯在惰性氮气氛下转移到小瓶中。将
催化剂1和等摩尔量(相对于催化剂)的BnOH加入该混合物，然后盖
上该小瓶，并且置于100℃的油浴中预定的反应时间。在该反应期结
束时，取一等分用于分析，并且加入所计算比例的己内酯(CL)单体，
该密封小瓶然后在100℃放置另外的预定时间。在实验2中，CL/PDL
摩尔比是2:1。最后，取出一等分，并且溶解在用于NMR的CDCl3
中，并且将该混合物通过酸性甲醇骤冷，将沉淀的聚合物过滤，用甲
醇清洗几次，和在真空下干燥24h，然后表征。
实验3：PDL和CL的依次供料共聚
实验3是类似于实验2来进行的，但是用催化剂3作为催化剂。
图1显示了实验2和3所制备的聚合物的DSC图。上面的曲线对
应于实验2，下面的曲线对应于实验3。两个DSC曲线都显示了两个
吸热部分，具有两个不同的熔融温度，其对应于熔融温度是大约55℃
的嵌段聚己内酯(PCL)和熔融温度是大约94℃的PPDL。本发明人发
现发生了催化剂1或者催化剂3所催化的CL和PDL的(依次)共聚，
而没有酯交换副反应，因为在100℃18小时后，仍然保持了嵌段状结
构，并且没有发生单体在共聚物主链上的再分配。为了确认这种发现，
将使用催化剂1所生产的嵌段聚(PDL-b-CL)共聚物和酯交换催化剂
(TBD/BnOH(1％w/w))的混合物搅拌18小时，并且在设定的时间间隔
(2，7和18h)取样，并且通过DSC分析。该嵌段状共聚物结构确实逐
渐转化成完全无规共聚物，具有处于PCL和PPDL的熔点之间的单
个熔点。
通过依次供料所获得的聚(PDL-共聚-CL)共聚物的嵌段特性是通
过在1HNMR光谱中存在两个交叠的三重峰来进一步证实的，每个所
述的三重峰分别对应于PCL和PPDL嵌段中的CL和PDL单元的α-
亚甲基的质子。
实验4：CL和PDL的一锅法共聚
在手套箱中，将PDL，CL，催化剂1和等摩尔量(相对于催化剂)
的BnOH同时置于小的玻璃盖帽小瓶中。将该小瓶盖上盖子，从手套
箱中取出，并且在100℃加热给定时间(1-18h)。对于全部反应，取出
一等分粗聚合物用于测定共聚转化率。该共聚物然后在THF中沉淀，
真空下干燥18h，并且通过尺寸排阻色谱法(SEC)，差示扫描量热法
(DSC)和1H，13C核磁共振光谱法(NMR)表征。
图2显示了用三种不同单体摩尔比的CL/PDL所制备的三种共聚
物的DSC图。图2进一步显示了PDL(底部)和PCL(顶部)均聚物的
DSC图。该DSC图仅仅显示了单个熔融峰，其指示了形成无规共聚
物，而非嵌段(或嵌段状)共聚物。取决于CL/PDL比，该熔融峰将更
接近于PDL均聚物或者PCL均聚物的熔融峰。通过一锅法合成所获
得的聚(PDL-共聚-CL)共聚物的无规特性是通过1HNMR光谱中存在
仅仅一个三重峰来进一步证实的，其对应于CL和PDL二者单元的α
-亚甲基的质子。
实验5：十五烷内酯和ε-癸内酯(eDL)的共聚物
与本发明人的预期相反，已经发现PDL和eDL当使用一锅法合成
共聚时产生了嵌段状共聚物。不打算严格受限于此，本发明人将这个
发现归因于位阻现象，即，eDL的丁基支化施加了PDL单元在聚合过
程中的插入。eDL和PDL的位阻现象和构象对于两种单体反应性的差
异产生影响，导致有利的eDL聚合。实验是使用催化剂1，使用与实
验4类似的实验条件来进行的。该反应是在100℃，催化剂1与BnOH
之比是1，和PDL和eDL的合计浓度是4.16mol/L下进行的。
表3汇总了实验。[M]表示单体，即环酯的摩尔当量，[Cat]指的是
催化剂的摩尔当量，[BnOH]表示BnOH的摩尔当量，[PDL]表示PDL
的摩尔当量，[eDL]表示eDL的摩尔当量。Tr表示反应时间。转化率
是由1HNMR光谱测定的，并且以百分比来表达。数均和重均分子量
是使用HT-SEC在TCB中，相对于聚乙烯标准物来测定的。PDI(多
分散性指数)是Mw/Mn之比。用于样品#1-5的实验是在100℃下在本
体中进行的，而用于样品#6-16的实验是在100℃温度在溶液中进行
的。
表3
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从样品#6-#13，可以观察到eDL是在大约2小时内完全转化的，
而在这个点，PDL仅仅转化到24％。已经发现所获得的聚合物是嵌段
状共聚物，其是用分析技术例如DSC，NMR和MALDI-ToF-MS来
确定的。
令人感兴趣的是，在3.5小时后PDL的均聚达到了大约95％的转
化率，而在与eDL共聚过程中，这个转化率在大约14小时后才达到。
这些结果支持了本发明人在上面就该实验5列出的发现。
实验6：PDL和ε-癸内酯(eDL)的共聚物
PDL和eDL是在100℃在本体中，使用一锅法合成来共聚的。
该反应是在100℃，催化剂3与BnOH之比是1，eDL的量是0.354g，
PDL的量是0.500g，催化剂3的量是0.0239g下进行的。
表4汇总了该实验：
表4
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样品#1-#6显示了PDL的均聚。在1小时后转化率已经达到高的
水平(91％)。样品#2-#6显示了PDL转化率逐渐增加到接近100％，并
且分子量和多分散性保持在或多或少的稳定水平。
总之，制备聚酯的方法包括提供环尺寸为12-40个原子的第一环
酯，优选其中该第一环酯是内酯并且优选选自十五烷内酯，麝子内酯，
环十五烯内酯和18-十八烷内酯，任选进一步包括提供具有4-40，优
选4-11个原子的第二环尺寸的第二环酯，和通过将该第一环酯与式I
的催化剂接触，来使得该第一环酯和任选的第二环酯进行开环聚合：
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其中
M是金属并且选自第2族金属和第12族金属，优选其中金属M
选自Ca，Zn和Mg和优选Ca或者Zn，
Z选自氢、硼氢化物、铝氢化物、二价碳基、甲硅烷基、氢氧基、
烷氧基、芳氧基、羧酸酯基、硫代羧酸酯基、二硫代羧酸酯基、碳酸
酯基、氨基甲酸酯基、胍酸酯基、酰胺基、硫醇酯基、磷化物基、腙
酸酯基、酰亚胺基、氰化物基、氰酸酯基、硫代氰酸酯基、叠氮化物
基、硝基、硅氧化物基和卤素基，优选其中Z是乙基或者N(Si-CH3)2；
X选自O，N，S和P，优选其中X是N；
R1是有机连接部分，并且链长是至少1个，优选至少2个原子，
优选其中R1是直链或者支化的脂肪族链，或者环状的或者芳族部分，
其包含1-30个碳原子，任选含有选自N、O、F、Cl和Br的1-10杂
原子，优选其中R1是-[CH2-CH2]-连接部分；
R2是选自下面的有机部分：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、C1-10胺基、C1-10硝
基、C1-10氰基、卤素基(F、Cl、Br、I)和含有选自氧、硫、氮和磷的
1-4个杂原子的5-或者6元杂环；
R3是任选的有机部分和可以与R2相同或者不同，和优选R2和R3
是氢；
R4、R5、R6、R7是有机部分，并且可以相同或者不同，和选自氢、
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、C1-10胺基、C1-10硝基、C1-10氰基、卤素基(F、Cl、Br、I)和
含有选自氧、硫、氮和磷的1-4个杂原子的5-或者6元杂环，优选其
中R4和R6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、
金刚烷基、甲氧基、乙氧基、(正-/叔-)丁氧基、芳氧基和卤素基，优
选其中R5，R7和R8是氢；和
R8是选自下面的有机部分：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、C1-10胺基、C1-10硝
基、C1-10氰基、卤素基(F、Cl、Br、I)和含有选自氧、硫、氮和磷的
1-4个杂原子的5-或者6元杂环，优选其中R4和R6是叔丁基；和
具体地，其中该催化剂选自：
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在前述任一实施方案中，可以使用一种或多种下面的条件：该聚
合是在一个步骤中进行的；该聚酯是无规共聚酯；该聚合是在引发剂
存在下进行的，该引发剂由具有至少2个，优选至少3个羟基的有机
化合物组成；该聚合是在70-180℃，优选80-175℃，更优选90-150℃
的温度进行的；和该聚酯是线性聚酯、星型聚酯或者梳型聚酯。
术语“一个”和“一种”和“该”在此不表示对量的限制，而是解释为
覆盖了单数和复数二者，除非此处另有指示或者与文字明显矛盾。“或
者”表示“和/或”，除非另有明确指示。此处公开的全部范围包括端点，
并且该端点是彼此独立组合的。“组合物”包括共混物，混合物，合金，
反应产物等。此外，术语“第一”、“第二”等在此不表示任何次序，量
或者重要性，而是用于将要素彼此区分。
虽然已经描述了具体的实施方案，但是申请人或者其他本领域技
术人员能够想到这样的选项、改变、变化、改进和基本等价物，其是
或者可以是目前无法预测的。因此，所提交的附加的权利要求和它们
的修改目的是包括全部这样的选项、改变、变化、改进和基本等价物。