（高分子化学与物理专业论文）含糖功能性聚合物凝胶的制备及性质研究.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式蠹嚣。雾荔墓 羹冀嚣蕊鋈冀蘩囊雾霎矍翼鬟蠢雾羹冀， 鍪霪篓鎏氢黼篱震 蓁雾；篓雾 羹蠢蔷 磐鬟羹耋雾翼蓁雾麓羹薹篓羹 ，2 0 0 7 ，3 5 ( 5 ) ：2 3 卜2 3 4 4 p a ny ，l iy j ， z h a oh y ，e ta 1 b i o a d h e s i v ep 0 1 y s a c c h a r i d ei np r o t e i n d e l i v e r ys y s t e m ：c h i t o s a n n a n o p a r t i c l e si m p r o v et h ei n t e s t i n a l a b s o r p t i o no fin s u l i ni nv i v o i n t j p h a r m ，2 0 0 2 ，( 2 4 9 ) ：1 3 9 1 4 4 5 i n s o o kk i m，s u n g h ok i m d e v e l o p m e n to fap o l y m e r i cn a n o p a r t i c u l a t e d r u gd e l i v e r ysy s t e mi nv i t r oc h a r a c t e r i z a t i o no fn a n 8 p a r t i c l e sb a s e do n s u g a r c o n t a i ni n gc o n j u g a t e s i n t j p h a r m ，2 0 0 2 ，( 2 4 5 ) ：6 7 二6 9 6 k g g a r c i a m a r t i n ，c j i m e n e z h i d a l g o ， e ta 1 s y n t h e s i sa n d 山东大学硕士毕业论文 其与丙烯酰胺共聚，得到含糖水凝胶，用h - n 腿对单体结构进行了表征，用t g a 对含糖干凝胶的热稳定性进行了研究。同时，研究了单体浓度的增加对反应速率 和聚合转化率的影响及不同单体配比的水凝胶的元素分析。对水凝胶的膨胀动力 学进行了计算。发现水凝胶的膨胀符合二级动力学方程 用n 一乳糖丙烯酰胺( l 枷) 与阳离子单体一甲基丙烯酰氧化乙基n ，n 二甲 基，十二烷基溴化胺( c m ) 反应，制备了含半乳糖结构的两亲水凝胶用i r 对 水凝胶的结构进行测定。研究了不同单体配比、温度、盐浓度及阴离子表面活性 剂浓度对水凝胶膨胀比的影响。糖单体的浓度增加，膨胀比随之增加；膨胀比随 着温度和盐浓度的增加而略有升高，随着阴离子表面活性剂浓度的增加而降低。 关键词：含糖单体功能性含糖水凝胶膨胀比 山东大学硕十毕业论文 s y n t h e s i sa n dp r o p e r t i e so fs u g a r b a s e df u n c t l 0 n a l c o p o l y m e r sa n d 册r o g e l s a b s t r a c t t h eh y d r o g e l sw h i c hc a nr e s p o n dt oe x t e r n a ls t i m u l a t i o n ， e s p e c i a l l y t e m p e r a t u r es e n s i t i v eh y d r o g e l s ， h a v eb e e ng i v e nm a n yi n v e s t i g a t i o n si n r e c e n ty e a r s b e c a u s eo fi t sb i o c o m p a t i b i l i t ya n dh y d r o p h i l i cn a t u r eo f s a c c h a r i d e ，s u g a r b a s e dh y d r o g e lg o tm o r ea n d 巾o r ea t t e n t i o n sa sw e l l f e wr e p o r t sa b o u ts u g a r b a s e dh y d r o g e lc o u l db ef o u n do nd o m e s t i cj o u r n a l s ow ef o c u s e do ns u g a r b a s e dh y d r o g e ls y n t h e s isa n dt h e i rp r o p e r t i e si n t h i sp a p e r 1 h r e ek i n d so fs u g a r b a s e dt e 盯i p e r a t u r es e n s i t i v eh y d r o g e l s w e r es y n t h e s i z e d n i s o p r o p y l a c r y l 鲫i d em o n o m e r ( n i p a ) w a ss y n t h e s i z e db ya c r y l o y e c h l o r i d ea n di s o p r o p y la m i n e s u g a r b a s e dm o n o m e rg l y c o s y l a l l y l a m i d e ( a a g )w a ss y n t h e s i z e db ya 1 1 y 1鲫i n ea n d e6 一9 1 u c o n 0 1 a c t o n ei nd m f s o l u t i o n t h et e m p e r a t u r es e n s i t i v es u g a r - b a s e d h y d r o g e l sp o l y i p a c o 一 从g ) w e r ep r e p a r e db yc o p 0 1 y m e r i z a t i o no fn i p aa n da a g ，u s i n gp o t a s s i u m p e r s u l f a t e ( k p s )a n dt e t r 鲫e t h y l e n e d i 硼i n e ( t m e d a ) a si n i t i a t o ri nt h e p r e s e n c eo ft h ec r o s s l i n k i n gr e g e n tn ，n 一m e t h y l e n e b i s a c r y l a m i d e ( b i s a ) t h es t r u c t u r e0 ft h eh y d r o g e l - a sc o n f i 瑚e db yi rs p e c t r u m t h ee f f e c t s o ns w e l l i n gr a t i o ( s r ) o ft h eh y d r o g e l ，s u c ha sf e e d i n gr a t i oo f 从ga n d n i f ) a ，t h ec r o s s l i n k i n gr e g e n tc o n c e n t r a t i o n ，t e p e r a t u r e ，p ha n dt h es a l t c o n c e n t r a t i o nw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h e dt h a tt h es ro ft h eh y d r o g e l i n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s i n go ft h ea a gc o n c e n t r a t i o n ， d e c r e a s e dw i t h t h eh j g ht e m p e r a t u r ea n di nt h es a 】ts o l u t i o n ，a n di n c r e a s e da t1 0 w e r o r h i g h e rp h t h es t u d i e so nt h ec o n t r a c t i n gd y n 鲫i c so fs w e l l i n gh y d r o g e l s h 0 w e dt h a tt h es ro fh y d r o g e 】d e c r e a s e do b v i o u s l yw i t hi n c r e a s i n go ft h e t e m p e r a t u r e ，w h i c hp r e s e n t e d n o t a b l eh e a t c o n t r a c t i n gt h e r m o s e n s i t i t y 3 山尔久学硕士毕业论文 第一章前言1 1 研究现状 碴是人体能量的载体和重要的生物信息分子，在许多重要的生理过程发都挥 着至关重要的作用【i】。含糖的聚合物就是聚合物分子链中含有糖基组分的一种具 有生物可降解性的功能高分子材料。含糖聚合物从来源情况来看，可以分为天然 含塘聚合物和人工合成含糖聚合物。天然含糖聚合物主要有甲壳质、壳聚糖及其 衍生物等。人工合成荡濑雩泪哼嘿篱邈随埔珂萎誊站和锌盐璧篓琏拦蛩粥酌甜驰 生成壶聚稽金属配合i 弛新墅霉罐滋曜曜焉媸孺增。一菇嚣辑晶群秽簿碥僻； 引秭黼秫曼羞鞲雾菱锱霞垮谨；景墨篇裂驱鹱，辨鹭胡 j 塌灌强花鞫；型薷 答若属喾差瑞妊疆营j 凝韩鳇距碣西啡鞠叠蚕博稚角蓓雌；摒溶而菊血径的形成 坷简毒牵嘣面州i 霹话靶j 斯茎嬲嚣可裂引妻治苓淄孳逮候趱薷慨幽塔揭豫型囊 霾煎? 臀理犁貉 连。另外，壳聚糖良好的组织相 容性和多样的生物活性可使其用于药物缓释，壳聚糖的纳米粒子、微球、片、膜 及凝胶等均可作为药物缓释载体，在减少给药次数。降低药物毒副作用，提高药 物疗效等方面具有重要作用。p an 【4 】等制备7 壳聚糖胰岛素微球，显著提高了胰 岛素在场内的吸收，进而提高了胰岛素的生物利用度。 1 1 2 人工合成含糖聚合物 人工合成含糖聚合物是指以低分子化合物以及含糖基的不饱和单体为反应 单体，在适当交联剂的作用下，在适宜的反应条件下，经某种聚合方式聚合而成 的 高聚物。 in s o o kk i m 等【5 l 以乳糖酸、聚乙二醇二胺和胆酸为原料合成了一种新颖的 含糖聚合物，该聚合物在水溶液中可以自组装为核壳型纳米微粒。药物在内核 里的释放动力学表明为扩散型释放，具有释放时间长、溶出浓度高等优点，是一 种优良的靶向药物释放载体。 kg g a r c i am a r t i n 等【6 l 制备了乙酰基保护的葡萄糖丙烯酰胺和异丙基保护 的葡萄搪丙烯酸酯的共聚物，该聚合物具有优良的机械性能和生物药性。对于亲 水性及水溶性药物片荆具有释放时间长、不易崩解等优点，是一种理想的药物缓 释载体。 熊向源等【刀制备了新型含耱的嵌段共聚物聚环氧乙烷- b 一聚( n 一麦芽糖酰一l 一 些垄奎兰堡主兰些堡茎 萄糖股的共聚物。以n 乙酰基葡萄糖胺的丙烯酸羟乙醚单体为原料，在氰氧 介质控制下聚合，可得到分子量分布较窄的葡萄糖胺的均聚物【h 1 。氰氧介质控 脖矗篝耋叠笏驺钙= 二二! 抛鞭彰壁素击绺臻钍佳缨。苣善角署旱岔秉盛拄襻萌崭撑箔 矛稳；引首昂雾压拾辚搿擎蔷以爱写组须的亲j 砑鲥妻箍。少了刺激任薪落。 碾译防嘈嚯脉鼍谨；b 酬和竞截函手萄引。性生物分子的扩散，能使固定在水 凝胶中的生物活性分子保持较长的时间 水凝胶的性质不仅与聚合单体和交联剂的性质以及聚合工艺条件有关，而且 还取决于溶胀时的条件。根据永凝胶对外界刺激的响应情况，水凝胶可分为两大 类，一类是传统的水凝胶，这类水凝胶对环境的变化，如温度、p h 值的变化不 是特别敏感；另一类是对环境变化敏感的水凝胶嘲，这类水凝胶在相当广的程 度上对外界刺激而有不同程度的响应。诸如温度、p h 值、离子、电场、磁场、 溶剂、光、应力等外界环境的刺激，会弓l 起水凝胶的某些自身性质随之发生变化， 如相、形状、表面能、反应速率、渗透率、识别能力等等。这些性质发生的变化， 使得水凝胶的应用领域无限宽广。因此，近年来，人们对环境敏感型水凝胶的研 究更感兴趣。环境敏感型水凝胶有温敏水凝胶，p h 敏感水凝胶，光敏水凝胶、 盐敏水凝胶、压敏水凝胶等等。 吴红等【2 9 】采用过硫酸铵( a p s ) 和四甲基乙二胺( t e m e d ) 作引发体系。甲 基丙烯酸缩水甘油酯( g m a ) 修饰的葡聚糖( g 姒一d e x ) 与丙烯酸( 从c ) 的自由基 共聚，得到了具有p h 响应性、一定的生物降解性及机械强度的水凝胶，并研究 了其生物降解性和不同原料配比下的凝胶溶胀及释药特性。 d 醒w b np a r k 等【3 0 l 以两步法和成了具有生物相容性的含糖水凝胶。第一步 是b甲基配糖物与丙烯酸甲基丙烯酸丙烯酸乙烯酯甲基丙烯酸乙烯酯在 溶剂中或无溶剂条件下，在脂肪酶催化下的酯化反应制取含糖单体。第二步以乙 二酸二甲基丙烯酸酯为交联剂或无交联剂条件下进行自由基聚合，得到含侧乙烯 基的水凝胶。无溶剂条件下的酯化反应初始反应速率比在有机溶剂中要快1 5 2 o 倍，细胞毒性试验表明交联剂的加入使含糖水凝胶的生物相容性下降，无交 联剂条件下自由基聚合得到的含糖水凝胶生物相容性良好。 。 h ual i 等【3 l 】在已研究的p h 敏感水凝胶的基础上，研究了电响应型水凝胶模 型， 山东人学硕十毕业论文 h i m o 等人采用阴离子活性聚合合成了一系列苯乙烯的单糖衍生物。呋喃 葡萄糖、半乳糖、果糖、山梨酸的间位取代的苄乙烯衍生物单体，以仲丁基锂引 发阴离子聚合，得到了预期分子量的窄分布的聚合物。对位取代的葡萄糖苄乙烯 单体，却没有发生聚合。当以活性聚苯乙烯或间位取代的葡萄糖苄乙烯聚合物作 引发剂时得到了结构确定的嵌段聚合物。 4 、糖与聚合物的化学反应 以聚合物与糖反应得到含糖的聚合物，在支链上引入糖分子后，可以显著改 变聚合物的性质。k o d a m a 等2 2 1 制备了含葡萄糖侧基和含半乳糖侧基的聚丙烯酰 胺。以聚丙烯酰氯为起始物质，与葡萄糖胺或半乳糖胺通过大分子反应，得到亲 水的含糖聚合物。g 商ao t e i z a 等田】以聚乙烯醇为反应物，先与氯甲酰4 硝基苯 酯反应，得到聚乙烯醇的4 硝基苯碳酸酯，以提高苯基的反应活性，再与葡萄糖 胺反应，在聚乙烯醇支链上引入葡萄耱胺。 l a t t e s 等人研究合成了含葡萄糖的树枝状聚合物。以树枝状聚合物聚酰胺氨 ( p a m a m ) 与葡萄糖的1 ，5 一内酯反应，得到端基是葡萄糖的两亲的树枝状聚合物 【2 “。它可以大大提高憎水化合物在水中的溶解。k e i 9 0 以树枝状聚合物聚酰胺氨 引发a 一氨基酸取代的糖聚合，得到星型的含糖聚合物。 郭保林等球习以甲苯二异氰酸酯三聚体为耦合剂，将壳聚糖及聚乙二醇单甲 醚在5 下，通过官能团耦合的方法合成了以甲苯二异氰酸酯三聚体为核，以单 甲氧基聚乙二酵和壳聚糖为臂的p h 敏感性壳聚耱多核星型聚合物，研究了该聚 合物溶液的p h 对辅酶a 控制释放的影响。 j i s e o k 瞄m 等瞄】以甲基丙烯酸乙烯酯或丙烯酸乙烯酯与b 甲基配糖物在固 定化脂肪酶的催化下有机溶剂中进行酯化反应，得到了含耱乙烯基酯。研究结果 表明，异丁醇为最佳溶剂，b 甲基配糖物与甲基丙烯酸乙烯酯的摩尔比为l ：3 ， 反应时间4 8 h 转化率最佳，得到的含糖乙烯酯具有良好的生物相容性。 1 1 4 含糖水凝胶 水凝胶是介于液体和固体之间的三维网络或互穿网络】，是一种能显著地 在水中溶胀，吸收大量的水，但在水中并不能溶解并保持其完整性的亲水聚合物。 水凝胶的网络结构由均聚物或共聚物组成，在其结构中由于化学交联或物理交联 的存在而导致水凝胶不溶于水但是水凝胶与水是热力学相容的，因而可以在水 山东人学硕士毕业论文 的离子传输及水凝胶的响应行为。 v r a m e s hb a b u 等【3 2 l 研究了p h 敏感的，n 一二甲基丙烯酰胺与壳聚糖以 油包水乳液聚合制备得到的微球，用傅立叶红外光谱、d s e 、x 光散射对微球结 构进行了研究，扫描电镜显示了微球的平滑的表面形态，研究了在p h l 2 7 4 的介质下，抗高血压药氯噻嗪的缓释效果，表明氯噻嗪的缓释以一种可控的方式 进行。 w o os u ns h i m 等1 3 3 】合成了p h 温度敏感的可注射栓塞用共聚物凝胶 d s 一p c l a p e g p c l a o s m ，将抗癌药物紫杉醇加载到聚合物上，评价栓塞用共聚 物凝胶中紫杉醇的缓释作用，结果表明在两周内有良好的抗癌效果，癌变组织迅 速凋亡，表明此凝胶为紫杉醇的良好载体。 a l ie m i l e h 等p 4 】研究了聚合电解质阳离子水凝胶聚( 2 二甲基氨基化) 甲 基丙烯酸乙酯及聚( ( 2 二甲基氨基化) 甲基丙烯酸乙酯甲基丙烯酸丁酯) 的膨 胀行为及物理机械性质，以二甲基丙烯酸乙烯基乙二酸为交联剂，以自由基共聚 制得甲基丙烯酸乙酯与甲基丙烯酸丁酯的共聚物，甲基丙烯酸丁酯的量增加会使 抗压模量增加，此凝胶有双重敏感性( p h 温度) ，凝胶周围介质发生变化会使 凝胶的相转变点发生变化，温度的升高会使p h 相转变点降低，p h 值升高会使 湿敏相转变点降低，甲基丙烯酸丁酯的量增加会使二者都降低。 i n d u 、a d a n aa n k a r e d d i 等跚以热缩型温度敏感型水凝胶聚n 一异丙基丙烯 酰胺接枝到聚甲基丙烯酸羟乙酯上，得到聚( 甲基丙烯酸羟乙酯州一异丙基丙烯酰 胺) 水凝胶，利用水凝胶的热缩性将其作为药物缓释系统，研究不同温度下的缓 释效果及影响缓释效果的因素。 谢云涛等口纠制备了p h 敏感性壳聚糖聚乙烯醇水凝胶，研究了该水凝胶在 室温不同p h 值介质中的溶胀比。发现在酸性溶液中，凝胶的溶胀比大于在碱性 溶液中要大，且该凝胶在不同p h 值溶液中具有可逆溶胀一收缩行为，对药物氟哌 酸具有缓释效果。 1 1 5 功能性水凝胶 功能性水凝胶中最著名的就是温敏水凝胶。温敏水凝胶是一种能随环境温度 的变化发尘可逆性的膨胀一收缩的水凝胶。其大分子链上同时具有亲水性的基团 和疏水性基团，温度的变化可影响这些基团的疏水作用和大分子链白j 的氢键及大 山尔人学硕十毕业论文 念、温敏特性及其浓缩分离聚乙二醇水性能。 温敏水凝胶随环境温度变化而发生的膨胀一收缩过程是可逆的，这性质为 温敏水凝胶应用于智能给药系统控制药物释放提供了可能性，可将温敏水凝胶作 为骨架材料、控释膜、微球及胶团药物载体等应用形式对药物进行控制释放还可 据此用于大分子稀溶液的浓缩和分离、细胞培养、温敏开关等领域。 饶燕平等【舶l 以丙烯酸( 从c ) 、n 一异丙基丙烯酰胺( n i p 从m ) 和丙烯酰胺( a a i l l ) 为原料，采用自由及聚合合成了p ( n i p a a i c o 一从m ) 共聚水凝胶和p 从c p ( 、i p a a m c o a a i l l ) 互穿聚合物网络水凝胶，研究了两类具有不同温敏特性的凝 胶的溶胀与释药性能。 l e e 等1 4 ”用n 一异丙基丙烯酰胺( 、i p 从m ) 、三甲基丙烯酰胺基铵盐碘化物 ( t 舭a i ) 和3 一二甲基一甲基丙烯酰氧乙基铵盐丙烯磺酸盐( d m a p s ) 合成了一 系列共聚物凝胶。并同咖啡碱组成了温敏性药物释放体系。 y i n g 等 4 8 】研究制备了一种可以控制药物渗透释放的温敏聚合物膜，先将臭 氧预处理的聚氟亚乙烯与n i p a h l 形成温敏接技共聚物，然后此共聚物通过相转交 方法被制成聚氟亚乙烯一n i p a m 共聚物微滤膜，这种微滤膜的平衡溶胀率随温度 的升高而降低。 陈兆伟等【4 9 】以不同粒径的硅胶颗粒未致孔剂制各了多孔的聚n 一异丙基丙烯 酰胺水凝胶，用d s c 对其相转变温度进行了表征，测定了不同温度下达到溶胀平 衡时水凝胶的溶胀率，研究了水凝胶的退涨机理及收缩凝胶的再溶胀机理。 郎轶咏等f 5 0 】采用链引发法制备了异丙基丙烯酰胺一g 一瓜耳胶共聚物，以戊 二醛为交联剂制备了聚合物凝胶及其温敏游离膜。该聚合物凝胶具有温度和p h 双重敏感性，考察了温度、离子强度及p h 值对聚合物凝胶释药的影响。 冯霞等【5 1 】采用减小尺寸与加入碳酸钙粒子做致孔剂两种方法，研究了如何 提高共聚温敏凝胶p ( n i p a c o g m a d e x ) 的响应速度，考察了不同尺寸和多孔 凝胶的退溶胀动力学、再溶胀动力学。 袁会芳等用自由基聚合合成了具有两水亲性的异丙基丙烯酰胺与衣康酸 共聚物，对其水溶液及其水凝胶的p h 及温敏性进行了研究。 陈兆伟等首次采用激光光散射研究了致孔剂聚乙二醇( p e g ) 在反应介质 中的聚集状态，分析了p e g 的致孔机理。找到了一种可将致孔剂完全去除的新方 山东大学硕士毕业论文 第二章n 一异丙基丙烯酰胺与葡萄糖烯丙基酰胺共聚水凝胶的制 备及性能研究 2 1 、摘要 用丙烯酰氯与异丙胺反应制备了n 一异丙基丙烯酰胺( n i p a ) 单体，用d - 葡萄 糖酸一6 一内酯和烯丙基胺反应合成了葡萄糖烯丙基酰胺( 从g ) 单体。以n ，n 。一 亚甲基双丙烯酰胺( b i s ) 为交联剂，在去离子水中n i p a 与a a g 共聚合形成含糖 温敏水凝胶。用红外光谱对其结构进行了表征，研究了不同单体配比及不同交联 剂浓度对共聚合的影响，研究了温度、溶液的p h 值、盐浓度对含糖温敏水凝胶 的膨胀比( s r ) 的影响。实验表明，n i p a 与从g 共聚形成的含糖温敏水凝胶的 膨胀比随着a a g 含量的增加而增加，温度的升高和盐浓度的增加会使含糖水凝胶 的膨胀比下降，在高或低的p h 值时，膨胀比有一定的增加。 关键词、一异丙基丙烯酰胺，含糖温敏水凝胶，膨胀比 2 2 前言 本章用去离子水做溶剂，以b i s a 作为交联剂，以氧化还原引发体系过硫酸钾 ( k p s ) 和，、，n 。n 一四甲基乙二胺( t m e d a ) 作为引发剂，制备了n i p a 从g 共聚含糖温敏水凝胶，研究了含糖温敏水凝胶的热缩温敏性以及不同的从g 含 量、不同的交联剂含量、溶液的p h 值及盐浓度等因素对水凝胶膨胀性能的影响， 探讨了水凝胶的收缩动力学。 2 3 、试验部分 2 3 1 原料与测试 丙烯酰氯，a c r o s 公司产品( 纯度在9 9 0 以上，分子量1 0 4 5 ) ；异丙胺：化 学纯，上海联合化工厂产品：三乙胺：分析纯，莱阳经济技术开发区精细化工厂 产品：d 一葡萄糖酸一6 一内酯，s i g 髓公司产品( 纯度在9 9 9 以上，m = 1 7 8 1 ) ： 烯丙基胺，化学纯，白鹤化工厂生产，n ，n ，n 。n 一四甲基乙二胺( 硎e d a ) ， 生物试剂国药集团化学试剂有限公司产品，配成0 1 5 m 的水溶液；过硫酸钾 ( k p s ) ，天津化学试剂三厂产品，在水溶液中重结晶提纯后使用，n ，n 一亚甲 基双丙烯酰胺( b i s a ) ，德国f l u k aa g ，c h e m 公司产品。 山东大学硕士毕业论文 2 4 2 水凝胶膨胀比的影响因素 2 4 2 1 交联剂的用量及不同单体配比的影响 由表2 一l 可看出，随着交联剂b i s 用量的增加，水凝胶的膨胀比有所降低。 这是因为，当交联剂的用量增加，得到的水凝胶的两络结构逐渐变得致密，限制 了分子链的运动和伸展，水分子难以渗入到水凝胶聚合网络的内部，因而膨胀比 会下降。在单体配比中，从6 含量的增加，糖基中的多个羟基使得水凝胶与水的 复合作用增加，从而使得水凝胶的膨胀比有所增加。 表2 一l 交联剂用量及不同单体配比对膨胀比的影响 t a l b e 2 1t h ee f f e c to ft h ec r o s s l i n k i n gr e a g e n tc o n c e n t r a t i o na n dt h e f e e d i n gr a t i od fa a go ns w e l l j n gr a t j o c o n d i t i o n ： k p s = t 娅n a = l 1 0 2 0 1 l ，t i m e ：6 h ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e = 3 5 c 2 4 2 2 温度的影响 图2 2 是温度对水凝胶膨胀比的影响曲线图。随着浸泡水凝胶的水溶液温度 的升高，水凝胶的膨胀比呈现出了明显的下降，当温度低于3 5 时，水凝胶大 分子脸上的疏水基团与水分子形成氢键，大分子链因水合而伸展：温度较高时， 氢键解离，大分子链上的疏水基团相互吸引，链构象收缩，因而导致水凝胶脱水， s r 下降。 山东人学硕士毕业论文 2 4 2 3p h 值的影响 图2 3 是p h 值对水凝胶膨胀比的影响曲线图。含糖水凝胶的膨胀比随着p h 值变化不大。在接近中性溶液时最大，在p h 值较高和较低时，水凝胶的膨胀比 降低。可能因为含糖水凝胶的大分子与水的复合作用较强，这种作用可能受到 p h 值变化的影响，另外，在强酸或强碱的环境中，水凝胶大分子可能会发生部 分降解，使其网络结构受到破坏，因而保水能力变差，膨胀比降低。 2 4 2 4 盐浓度的影响 图2 4 是盐溶液的浓度对水凝胶膨胀比的影响曲线。随着盐溶液浓度的增 加，水凝胶膨胀比明显下降。可能是因为盐的加入减少了水凝胶大分子链上的疏 水基团周围有序结构的数量，同时盐离子可能对糖基上的羟基产生屏蔽作用，从 而使水凝胶大分子与水的复合作用减弱，大分子链构象收缩，膨胀比下降。 _ 、 口 a 芷 c ，) c n 8 c l ( m o i l ) 图2 4 盐溶液浓度对膨胀比的影响 f i g u r e 2 4t h ee f f e c to fs a l tc o n c e n t r a t i o no ns w e l l i n gr a t i o 山东大学硕士毕业论文 第三章丙烯酰胺与4 乙烯苄基葡萄糖酰胺共聚含糖水凝胶的合成 与性能 3 1 摘要： 本文以4 - 乙烯基苄基胺与葡萄糖内酯反应合成了4 乙烯苄基葡萄糖 酰胺单体( v b g ) ，然后用过硫酸钾( k p s ) 四甲基乙二胺( t m e d a ) 氧化还原体系引发 其与丙烯酰胺共聚，得到水溶性含糖聚合物p ( v b g c o a m ) ，用i r 、1 h n m r 对单体 及共聚物的结构进行了表征，用tga对聚合物的热稳定性进行了研究。采用不同 的单体配比合成了具有不同糖含量的聚合物。并研究了这一系列聚合物的水溶液 的粘度性质。将vbg与丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺共聚得到含糖结构的水凝 蛋白质存在对水凝胶的膨胀比的影响规律。结果发现水凝胶的膨胀比随着温度的 提高而略有增加，在高或低的ph对膨胀比由于糖组分的降解也有一定的增加。 3 2 前言 糖是自然界中最为丰富的可再生资源之一，对糖的功能化的研究愈来愈引起 各界的兴趣。含糖的聚合物是指糖组分通过不同的化学反应途径引入到聚合物分 子链中而形成的功能高分子材料。由于糖基可以改善聚合物的亲水性、生物相容 性和生物降解性，从而制备出在生物、医药、精细化工等方面具有各种特殊用途 的功能材料57啦!。当今世界环境保护日益重要，对于糖的衍生物，特别是生物可 降解的物质的研究也越来越多，含糖基的聚合物材料的研究为糖的综合利用和功 近几年也引起了重视。 对环境敏感性水凝胶由于在生物材料、分离膜、化学机械、药物释放体系等 领域具有诱人的应用前景，一直是水凝胶研究的热点之一。在水凝胶中引入糖基 不仅改善水凝胶的亲水性、生物降解性和生物相容性【63螂1，而且可以赋予其它的 酸酯凝胶，这些生物相容水凝胶可以应用于生物医药及膜分离；以此方法制备的葡萄糖一丙烯酸酯分子标记水凝胶，可用作手性固定相分离d - ，l 一苄氧羰基天冬 氨酸异构体，分离系数达到了2 ，5 ，这种新的标记材料可用作信号传感、催化、 山尔人学硕七毕业论文 分离等惭j 。王钒合成了烯丙基葡萄糖水凝胶，以此水凝胶作为柱分离载体，研 究了对蛋白质生物大分子的分离效果，表明此类水凝胶具有优良的层析行为击7 】。 h c c h i u 等人合成了p h 敏感的甲基丙烯酸酯葡聚糖丙烯酸水t 丁基丙烯酰胺 的水；疑皎结果表明当丙烯酸的含量增加时，葡聚糖酶的降解性能降低1 6 ”。 本文以4 氯甲基苯乙烯经过三步反应合成了一种新的含糖单体4 - 乙烯苄基 葡萄耱酰胺单体( v b g ) ，然后与丙烯酰胺共聚制备了含糖结构的聚合物p ( v b g c o a m ) ，也利用这个单体与丙烯酰胺在亚甲基双丙烯酰胺存在下交联共 聚合成了含糖的水凝胶，并用红外、热失重法对聚合物及水凝胶的结构及热稳定 性进行表征。研究了聚合物的溶液性质，和水凝胶的膨胀性能。 3 3 实验部分 3 3 1 原料与测试 4 一乙烯基苄基氯，美国a c r o s o m i c s 公司产品( 纯度9 0 ，m 、= 1 5 2 6 2 ) ； 四丁基溴化铰，分析纯，上海试剂一厂；叠氮化钠，化学纯，浙江东阳市天字化 工有限公司；三苯基膦，美国a c r o so m n i c s 公司产品( 纯度9 9 ，m w = 2 6 2 2 8 ) ； 浓盐酸，分析纯，江苏徐州试剂二厂；无水碳酸钠，化学纯，上海虹光化工厂； d 一葡萄塘酸6 一内酯，s i g m a 公司产品( 纯度在9 9 o 以上，m = 1 7 8 ，1 ) ：丙烯酰 胺( 删) ，化学纯，临海化学厂产品；n ，n ，n ，n 一四甲基乙二胺( t m e d a ) ，生物试 荆，上海前进化学试荆厂产品，配成o 1 m 的水溶液；过硫酸钾( k p s ) 在水溶 液中重结晶提纯后使用，n ，n 一亚甲基双丙烯酰胺( b i s a ) ，德国f 1 u k a a g ，c h e m 7 公司产品。 n ，n 二甲基甲酰胺( d m f ) ，分析纯，天津市广成化学试剂有限公司；无水 乙醇，分析纯，天津市天河化学试剂厂：四氢呋喃，分析纯，天津天大化工实验 厂；无水乙醚，分析纯，上海马陆制药厂；无水硫酸镁，分析纯，上海虹光化工 厂；二氯甲烷，分析纯，天津市广成化学试剂有限公司；二甲亚砜，化学纯，金 山化工厂。 3 - 3 2 单体合成 3 3 2 ，l4 一乙烯基叠氮甲烷 向1 5 0 毫升烧瓶中加入4 一乙烯基苄基氯6 1 0 4 9 克( 0 0 3 6 m 0 1 ) ，四丁基溴 山东大学硕士毕业论文 化铵o 1 0 8 2 克( o 3 3 6 m 0 1 ) ，叠氮化钠3 - 5 8 2 2 克( o 0 5 4 m 0 1 ) ，加入4 0 m ld m f ， 室温下磁力搅拌至固体完全溶解，然后3 0 减压反应3 小时，再5 0 水浴下减 压蒸去d m f ，得到油状液体。将油状液体倒入分液漏斗，向烧瓶中加入1 6 0 m l 蒸馏水洗涤，倒入分液漏斗，再加入8 0 m l 无水乙醚洗涤，倒入分液漏斗，分液， 水相再用无水乙醚萃取二次( 8 0 m l 2 ) ，将乙醚相归到一起，用4 的盐水洗涤 三次( 1 5 0 m l 3 ) ，乙醚层再用无水硫酸镁干燥。过滤掉硫酸镁，在4 5 水浴下 常压蒸去乙醚，最后用循环水泵抽去残余乙醚，得到4 一乙烯基叠氮甲烷，产率 9 8 。取出一部分做双，其余用于下一步实验。 3 3 2 24 一乙烯基苄基胺盐酸盐 将3 0 m r l l 盯和0 7 血水加入4 一乙烯基叠氮甲烷中，磁力搅拌缓缓加入三苯 基磷，然后室温下搅拌2 4 小时。用循环水泵抽去n 琢l o m l ，再在冰水浴中缓缓 滴加浓盐酸至p h - 3 q ，再在低温下过滤，再用浓盐酸滴加过滤后的母液，看是 否出现沉淀，若有沉淀，再过滤，将两次过滤后产物合并，最后用无水乙醚洗涤 产物，放进真空干燥箱中干燥，得到4 一乙烯基苄基胺盐酸盐，产率9 8 。 3 3 2 x 山东人学硕士毕业论文 3 3 2 4 水溶性含糖聚合物合成 将单体与丙烯酰胺( 物质的量比= o 2 5 ：9 7 5 ) 加入反应瓶中，总浓度2 o m ， 通n 2 3 0 分钟后，加入引发剂k p s ( 浓度2 l o - 2 m ) 和四甲基乙二胺，3 5 水 浴，反应，小时，然后将产物加入乙酵中，得沉淀，过滤，真空干燥。得白色固 体。将单体与丙烯酰胺按不同配比反应，其他条件如上，得白色固体。共聚物 的反应式如式3 2 。 宅州，。+ 己。一 + 反应式3 2 聚合物合成路线 s c h e m e 3 2p a t h w a yo fp r e p a r a t i o no fp o l y ( v b g c o a m ) 3 3 3 含糖水凝胶合成 将单体与丙烯酰胺( 物质的量比= o 2 5 ：9 7 5 ) 加入反应瓶中，总浓度2 o m ， 加入交联剂b i s a ( 为总单体物质的量浓度的o 2 ) ，通n 2 3 0 分钟后，加入引发 剂k 2 s 2 0 8 ( 浓度2 1 0 2 m ) 和四甲基乙二胺，3 5 水浴，反应5 小时，得无色 胶体，浸泡在水中备用。单体与丙烯酰胺按不同配比( o 5 ：9 5 ，l ：9 ，1 2 5 ： 8 7 5 ) 反应，其他条件如上，得无色胶体，浸泡在水中备用。水凝胶的合成路线 见式3 3 。 2 9 删 洲 吣u l o h 山东大学硕士毕业论文 0 。三蓉 h n a m v v b g ，a mh y d r o g e l s 式3 3 、，b g a m 水凝胶合成路线 s c h e m e 3 2p a t h 霄a yo fp r e p a r a t i o no fh y d r o g e lp 0 1 y ( v b g c o a m ) 3 3 4 含糖聚合物的水溶液粘度的测定 取一定量的聚合物，配制成标准浓度的溶液，采用毛细管粘度法，测定溶液 的粘度。改变不同的溶液浓度，得到浓度与粘度的关系曲线；改变不同的温度， 得到温度与粘度的关系曲线。改变溶剂得到溶剂与粘度的关系曲线。 3 3 5 水凝胶膨胀比的测定 用平衡溶胀法测定不同条件下水凝胶的膨胀性能。水凝胶的膨胀比 s r ( s w e l l i n gr a t i o ) ，以s r - w w o 计算，其中w 是凝胶吸水达到溶胀平衡后的重 量。w 。是水凝胶的干重。 3 3 6 水溶性含耱聚合物和水凝胶的表征 n i c o l e t2 0 s x 富里叶变换红外光谱仪，l ( b r 压片；m r 核磁共振仪，t m s 为 内标：r h e o m e t r i cs c i e n t i f i ct g a 1 5 0 0 型热重分析仪，氮气氛，升温速率为 l o m i n 。 人y 甜一 山尔人学硕十毕业论文 3 4结果与讨论 3 4 1 单体v b g 的结构表征 单体v b g 的结构及中间体的结构用。h n m r 进行表征。图3 1 是中| 日j 体的 h n m r 图：图3 1 a 是4 一乙烯苯基叠氮甲烷，溶剂是氘代三氯甲烷，b 是4 一乙 烯苄基胺，溶剂是氘代水。两个图中在7 5 处的峰均是苯基上的氢的峰，5 7 p p m 的三个峰是c 双键上的氢的峰，在4 3 p p m 附近出现亚甲基上氢的峰。 革体的1 h 一、瓶见图3 2 ，溶剂是氘代水，在7 ；处的峰是苯基上的氢的峰， j 一7 p p m 的三个峰是c = c 双键上的氢的峰，2 8 4 j p p m 是糖基的峰，1 4 p p m 处的 峰是乙醇的峰。 单体、b g 的i r 谱图见图3 3 a 。单体v b g 的i r 谱显示在3 0 5 2c m 。处出现 c = c 中c h 伸缩振动吸收峰，在2 8 8 4 c m j 。出现苯基上的氢的峰，在1 8 0 0 c m - 1 出 现苯环的峰。1 6 4 8c m 。出现酰胺键的c = o 峰，1 5 3 7 c m 。1 是仲酰胺的酰胺峰，表 明单体中酰胺键的存在。同时在8 6 0 c m - 1 、7 8 6 c m 。出现糖基的特征吸收峰。 史“。：。 pp m 图3 1 中间体的1 h n m r 谱图 f i g u r e 3 一l1 h n m rs p e c t r u mo fi n t e r m e d i a t e 山东大学硕士毕业论文 图3 2 含糖单体v b g 的。h n 躲谱图 f i g u r e 3 2 h n m rs p e c t r u mo fs u g a r b a s e d n o m e rv b g a 商广矗高一i 表广百矗广一拓一 v - _ _ - _ _ n - l c _ 一 图3 3 单体v b g 及聚合物p ( v b g c o a m ) 的i r 谱图 f i g u r e 3 3i rs p e c t r u mo fv b ga n dp 0 1 y ( v b g c o a m ) 3 4 2 水溶性含糖聚合物的结构表征 共聚物的结构表征见图3 3 b 3 0 5 2 c m - 1 的c - h 伸缩振动峰消失，表明c 已经聚合；在2 8 8 4 c m o 出现苯基上的氢的峰，聚合物中酰胺键中的c = o 峰，在 1 6 6 4 c m 。1 出现，糖基在8 6 0 c m 1 出峰。 图3 - 4 是共聚物的热重分析曲线。在l o o 以前出现的热失重峰主要是由于 样品中的吸附的小分子试剂和水逸出造成的。在1 4 2 附近出现热分解蜂是糖基 分解，曲线2 在这个分解区的失重要比曲线l 的大，也进一步表明含糖基单体的 量增加，在这个分解区的失重大。在2 5 0 附近出现的热分解峰，估计是侧基酰 胺键等的分解。在3 8 0 附近出现大的热失重，估计是主链的分解。 山自：人学硕十毕业论文 t e m p e r a t ur e ，。c ( a ) 聚合物的热重曲线 样品：一艏v b g = 9 2 j o 7 ；：一嬲v 8 g = 8 i 1 j ( m o l r a t i o ) ( b ) aa m 、b g = 9 ，2 5 o 7 5 ：b ，a m v b g = 8 5 1 5 ( m 0 1r a t i o ) 图3 4 聚合物的微分热重曲线。 f i g u r e 3 4t h et gd t gc u r v e so fp ( v b g c o a m ) c o p 0 1 y m e r s 零芏石19s 些! ! ! ! 兰堡兰些丝奎 3 4 3 水凝胶的热稳定性 t e m p e 陀t u 怕。c 样品：a m v b g = 9 7 j o 2 j ：一一一a m v b g = 8 7 i 1 2 j ( m 0 1 r a t i o ) 协m 睢m t u c 样品：b 肼、，b g = 9 7 j 0 2 j ：aa i i v b g = 8 7 5 1 2 5 ( 1r a t i o ) 图3 一j 水凝胶的t g 和d t g 曲线 f i g u r e 3 5t h et gc u r v eo fp ( v b g c o a m ) h y d r o g e l 3 4 爨羔粤a； ”引舢叭舶椰舯椰枷肿川蚰 山j ：人学硕士毕业诒文 图3 一j 是含耱的干凝胶的热重分析曲线。在1 0 0 以前出现的热失重峰，主 要是出于样品中的吸附的小分子试剂和水逸出造成的。在2 j o 附近出现热分解 峰是糖基分解，在3 8 0 附近出现的热分解峰，估计是主链的分解。两种样品的 热分解峰不同，估计样品中含水量不同导致糖基分解峰的变化。 3 4 4 含糖共聚物的溶液粘度性质 3 4 4 1 粘度与浓度的关系 本文测定了四个样品的比浓粘度与浓度之间的关系，见表3 1 。从表3 1 可 以看出随着浓度的增加。四个样品的比浓粘度都随之增加，符合非离子聚合物的 一般规律；随着浓度的提高，高分子链增多，高分子线团互相穿插较叠，导致溶 液的粘度增加。在相同的浓度时，比较四个样品的粘度，可以看出样品1 的比浓 粘度要高于样品2 的和样品3 ，4 的。比浓秸度的极限值，特性粘度n 与浓度 无关。m a r k h o u 谢n k 公式f 日 ：瑚。给出了特性粘度与分子量的关系。可以看出， 当溶剂、温度等条件确定时，溶液的特性粘度由样品的分子量决