环糊精 - 低聚物共价缀合物的合成

位于低分子量化合物和高分子量化合物边界的环糊精 - 低聚物共价缀合物的性质可受碳水化合物和酯类低聚物组分的影响。这些材料的性质如溶解性，与其他材料的混溶性，包合能力或甚至在不同环境中的降解性将取决于它们的结构，因此在分子水平上揭示是至关重要的。

然而，由于这些产品的复杂程度，完全理解相关的结构问题是一项艰巨的任务。一个特别的问题是由于CD结构中存在多个反应点，即OH基团。在任何给定的CD分子上，有三种类型的OH基团具有其自身的特异性，如OH6基团是最容易获得的大体积取代基，OH2是最酸性的，OH3基团是最不活泼的[3]。这种异质性可能有利于环酯与CD的特定连接，但也可能导致修饰CD的某些不均匀性或异构体分布（分散性）。样品分散的另一个来源是合成聚合物中常见的分子量分散性。此外，多个起始位点的存在可能有利于形成星形低聚物。仍然存在争议的一个特殊问题是，尽管存在多个反应点，即可能与环酯开环有关的OH基团，但是一个环糊精分子引发单个聚合物链的可能性[17,20]。这一事实通过环酯与CD的第一共价连接产生的空间位阻来证明是合理的，其不允许来自单个CD分子的另一链的生长。然而，我们已经通过MS结合NMR光谱显示，在（ - ） - sparteine作为有机催化剂的情况下β-BL本体和溶液聚合的情况下，尽管可能存在空间位阻，但多链连接是可能的[21] ，22]。考虑到这一切，应该进行谨慎和深刻的表征，以便充分描述这样的系统。我们表明，理解这种复杂混合物（游离CD，均聚物，CD-酯类低聚物）的分子水平结构特征必须考虑与NMR光谱直接相关的质谱方法。液相色谱和串联MS片段化研究[21-23]也是CD-低聚酯结合物的更深层结构表征的重要补充。

L-LA 在110℃下与α-，β-和γ-CD（方案1）大量反应，以确保反应物的良好分散。对于所有类型的CD，CD的L-LA和OH基团之间的摩尔比保持为5（表1），并且在72小时后停止反应。尽管环糊精仅分散在熔融单体中，但磁力搅拌确保了反应物的良好分散。在以前的研究[19]中，CD与反应中引入的总单体量之间的摩尔比约为1/5，即使在熔化的单体条件下，也不能确保反应物的良好混合，因此反应将被考虑作为一个异构系统，由此产生的所有缺点。

在上述条件下获得的反应产物的评估相当复杂，因为产物不能完全溶于水或有机溶剂如THF或ACN中。原则上，所得混合物含有游离CD，用聚丙交酯单元（CD-LA）改性的CD，聚丙交酯（PLA）均聚物和未反应的L-LA单体。粗反应混合物的1 H NMR显示，对于所有CD引发剂，72小时后单体转化率略高于5％，这与其他作者对类似系统描述的转化率具有良好的相关性[18,19]。

首先，我们对所有CD-LA产物进行了粗反应混合物的反相液相色谱（LC）分离和蒸发光散射检测（ELSD）。图1a中描绘的色谱图包含两组不同的β-CD-LA反应混合物的色谱峰。第一组出现在低洗脱时间（2至4分钟）并且具有增加的水溶性，表明存在未修饰的CD和具有低取代度的CD。第9组洗脱9至18分钟，含有修饰的CD和PLA寡聚体。粗α-，β-和γ-CD-LA产物的重叠LC色谱图显示在支持信息文件1中，图S1。通过洗脱级分的“离线”MALDI-MS测量部分地证实了分离的化合物的性质。所有收集的α-，β-和γ-CD-LA和LC ELSD色谱图的LC级分的完整MALDI-MS鉴定显示在支持信息文件1，图S3-S21中。

基于MALDI-MS鉴定，图1a中的主要色谱峰被指定为游离β-CD（级分f 1），而其他洗脱物种是具有1至27个单体单元（二乳酸）的β-CD-LA，馏分˚F 2- ˚F 6（洗脱时间：˚F 2 - 3-5分钟，˚F 3 - 9-11分钟，F 4 - 11-13分钟，F 5 - 13-15分钟，˚F 6 - 15-17分钟，并f 7 - 17-19分钟）。在图1b中，MALDI-MS鉴定了β-CD-LA样品的色谱峰，色谱分数f例示了在13和15分钟之间洗脱的5。在MS谱中，使用以下等式对各个m / z值进行结构分配：m / z= 1134（β-CD）+ n * 144（LA）+ 39（K）。所考虑的一系列主峰被K的加合物+，但用Na加合物+也被鉴定（Δ 米 / ž= -16）。考虑到乳酸盐（72Da）作为单体单元，也可以观察到具有奇数个单体单元的低聚物。这些具有奇数乳酸的低聚物种类由分子内和/或分子间酯交换反应产生，并且与含有偶数单体的低聚物相比，其含量较低。这表明在所采用的反应条件下酯交换的优势相当低。所呈现的光谱直接从具有相当低浓度的产物的HPLC收集的级分测量，因此导致差的光谱质量。

所述˚F 7级分（图1 - LC-ELSD色谱和图S9（支持信息文件1）- MALDI-MS谱）含有从16至28的乳酸单体单元仅具有PLA低聚物。但是，从f 3到f的所有分数图7中所示的均聚物可含有PLA均聚物，其与CD-LA产物共洗脱（参见LC-ESI-MS表征）。LC-MALDI-MS允许估算每个α-，β-和γ-CD系统的每个CD分子的最大单体单元数。可以观察到，最高数量的L-LA单体单元接枝在β-CD（27个二乳酸单元）上，而对于α-CD和γ-CD，最大值分别为18和19个二乳酸单元。因此，β-CD似乎在L-LA的开环中具有最佳活性。

ELS检测允许定量评估反应混合物含量（表1）。因此，可以观察到，对于α-和β-CD，获得了相似的游离CD相对含量值，而在γ-CD的情况下，反应混合物中游离CD的相对量是三倍。因此，我们可以假设对于类似的反应条件，γ-CD在L-LA的开环中活性较低。通过整合对应于游离CD的色谱峰和ELSD色谱图中的修饰CD进行游离CD相对量的计算。然而，这种估计是在8分钟后洗脱的CD-LA混合物可能还含有由反应体系中残留水的存在引发的PLA低聚物物质的储备。

我们选择通过MALDI-MS对其他可用方法进行洗脱物种的“离线”确认，因为LC“在线”ESI-MS检测在分析与多种物质形成有关的聚合物物种方面存在问题，从而产生困难在光谱解释中，特别是在多分散低聚物混合物的情况下[24,25]。然而，LC低聚物的存在通过LC-ESI-MS清楚地证实，其对线性低分子量寡聚酯具有更好的灵敏度。在MALDI-MS鉴定的情况下，用作基质的物质的存在妨碍了对m / z = 600 以下区域的精确观察，因此仅观察到质量高于该阈值的PLA低聚物（例如，f）7为β-CD-LA）。仅对β-CD-LA样品进行的用ESI-MS检测的LC分离清楚地表明PLA低聚物与β-CD-LA产物共洗脱。PLA低聚物的存在可以通过L-丙交酯开环的水引发来证明。由于低分子量化合物（PLA）对共洗脱的较高分子量化合物（β-CD）的质量歧视，在所提出的ESI色谱图（支持信息文件1，图S22）中高度夸大了homooligolactide物种的相对量。-LA）在电喷雾条件下。这种质量歧视与多种带电物种的形成（双重和三重带电β-CD-LA的ESI-MS谱示例）在支持信息文件1中提供，图S23）实际上阻碍了通过LC和ESI-MS检测对这些CD-LA样品的综合评估[26]。

反应混合物中水的存在可能存在争议，但是，先前已经指出，即使从环糊精中除去水的彻底程序，水痕仍然存在[7]。此外，最近[18]表明，在增加压力的条件下，在ε-己内酯（CL）本体聚合的情况下，水实际上改善了整个过程。在上述研究中，用CL修饰的β-CD通过MALDI-MS表征。考虑到仅基于MALDI-MS谱的产物相对含量，评价PCL均聚物和CD-己内酯改性的缀合物的混合物。通常，在MALDI-MS中具有不同电离效率的化合物将给出不同的MS响应或相应MS峰的强度[27]。这不允许精确的定量测量。在我们目前的研究中，考虑到通过这种计算获得的改性CD和均聚酯的相对量将是高度偏向的，我们不会尝试这种比较。

以前，我们发现LC-ESI-MS对CD-（3-OH丁酸酯）结合物的评估是可能的，仅考虑具有低分子量和分子量分散性的结构相似化合物的MS峰，即CD平均束缚12个单体单元[21]。在Shen等人的工作中。[16]，其中通过ESI-MS直接样品注射评估同源CD-LA缀合物，每个CD分子的二乳酸单体单元的平均数量为约3.5，这明显低于本文所述的CD-LA产物的情况。

事实证明，ESI-MS评估很困难，很明显需要对CD-LA产品进行不同的质谱评估。在先前的论文[17]中，陈述了CD-低聚酯产物可以通过溶解在DMF中并从沉淀到过量的干燥THF中而从反应混合物中分离，以除去未反应的CD。这里应用的程序导致每个样品的两个级分，THF不溶性（F1）和THF可溶性（F2）。该分级分离允许通过MALDI-MS分析具有更高取代度的CD级分。

在α-CD-LA（F1A和F2A）的情况下分离的级分（实验部分 - 见下文）均使用MALDI-MS描述。所述F1A级分的MS谱，在图2a中，显示免费α-CD和具有1至8二个乳酸盐单体单元α-CD-LA寡聚物的存在。用于计算对应于指定结构的m / z值的通式为m / z = 972（α-CD）+ n * 144（LA）+ 23（Na）。最强峰对应于具有0至2个单体单元的物质。因此，分级过程导致具有少量LA单体单元的CD缀合物的损失。THF可溶性部分，F2A，（图3a）由具有5至22个二乳酸单元的α-CD-LA低聚物组成。由MS峰的相对强度计算的平均M n为2800g / mol，相当于13个二乳酸单体单元的平均聚合度。在F2A光谱中，还可以观察到位于与主系列成员72Da差异的第二系列峰，其对应于具有奇数乳酸单体单元的α-CD-LA物种。这些物质可以由酯交换反应（分子内或分子间）形成，其可以在熔融反应体系中发生。还观察到PLA均聚物的存在，其相应的m / z通过以下等式计算：m / z = 18（H 2 O）+ n * 144（LA）+23（Na）]。