（高分子化学与物理专业论文）甲基β环糊精接枝共聚物的合成、表征及性质研究.pdf

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v i s ) 、t e m 等手段探讨了接 枝共聚物与表面活性剂分子( 十二烷基硫酸钠) 、药物分子( 5 一氟尿嘧啶) 及月 桂醇分子间的相互作用，结果发现接枝聚合物具有较好的键合作用，可用于药物 的增溶。 2 甲基一1 3 一环糊精聚丙烯酰胺接枝共聚物( m 一1 5 - c d g - p a m ) 以甲基争环糊精和丙烯酰胺为原料，选择过硫酸钾一四q a 基z , 7 _ 胺氧化还原 山东大学硕士学位论文 引发体系，采用水溶液聚合制备了m - p - c d g - p a i v l 接枝共聚物，探讨了不同反应 因素如反应时间、反应温度及氧化还原引发剂浓度等对接枝聚合的影响。由取、 1 h n m r 、元素分析等检测手段对合成的共聚物进行了结构表征，结果均表明聚 丙烯酰胺链接到了m 一 3 - c d 环上同时研究了m - p c d - g - p a m 接枝共聚物的性质： 通过t ( 3 a 表征了共聚物的热稳定性；其中着重探讨了接枝共聚物水溶液的粘度性 质，得到了浓度、温度及盐度对接枝共聚物水溶液的增比粘度的影响关系；并探 讨了接枝共聚物与小分子间的相互作用。 关键词：甲基p 一环糊精( m p c d ) ，聚n - 异丙基丙烯酰胺，聚丙烯酰胺，接枝共 聚，溶液性质，包结作用 2 s y n t h e s i s ，c h a r a c t e r i z a t i o na n dp r o p e r t i e so fm e t h y l p - c y c l o d e x t r i ng r a f tc o p o l y m e r s a b s t r a c t c y c l o d e x t r i n s a r e c y c l i co l i g o a m y l o s e s ，c o n s i s t i n g o f 6 ( 叻，7 ( p ) ，8 ( v ) o r 1 2 ( 小l ，4 ) - l i n k e da - d - g l u c o p y r a n o s eu n i t s b e c a u s eo ft h e i rh y d r o p h o b i cc a v i t ya n d h y d r o p h i l i c 羽】r f h t h e y ne n c a p s u l a t es m a l ll i p o p h i l i cm o l e c u l e sb yn o n - c o v a l e n t b o n d t h e yh a v eb e e n u s e di nm o l e c u l er e c o g n i t i o n , s t a t i o n a r y p h a s e so f c h r o m a t o g r a p h y , c a t a l y s i s ，s o l u b i l i z a t i o n , c o n t r o lr e l e a s eo fd r u g s ，b i o t e c h n o l o g ya n d s oo i lt h en a t u r a lc d s ，i np a r t i c u l a r1 3 - c d ，h a v el i m i t e ds o l u b i l i t yi nw a t e r s ot h e a p p l i c a t i o n so fc d si nm a n yf i e l d sa r el i m i t e d c y c l o d e x t r i nc a nb ea l s oi n c o r p o r a t e d i n t op o l y m e rm a t r i xa n dc 锄o b t a i nt h es p e c i a lp r o p e r t i e s b e c a u s ep o l y m e r sc a no f f e r m e c h a n i c a ls u p p o r ta n di n c r e a s et h e i rc h e m i c a ls t a b i l i t i e s ，w h i l et h eh y d r o p h o b i c c a v i t ym a yp r o v i d es p e c i a lr e a c t i v i t y t h i sp a p e rr e p o r t st h es y n t h e s i sa n dp r o p e r t i e so fm e t h y l1 3 - e y c l o d e x t r i ng r a f ip o l y 一i s o p r o p y la c r y l a m i d c ) ( m p 七d - g - p n i p a ) a n dm e t h y l1 3 - e y c l o d e x t r i ng r a f i p o l y a c r y l a m i d e ( m - b - c d g p a m ) u s i n gp o t a s s i u mp e r s u l f a t e ( k p s ) a n d n ，n ，n n - t e t r a - m e t h y le t h y l e n ed i a m i n e ( t m e d a ) a sr e d o xi n i t i a t o ri na q u e n u s s o l u t i o n s oo u rr e s e a r c hw o r kw a s 咖d l l c t c df r o mt h et w o 嬲p e c 协a sf o l l o w i n g ： 1 m e t h y l p - c y d o d e x t r i ng r a f tp o l y ( n - i s o p r o p y la c r y l a m i d e ) ( m - i g c d - g - p n i p a m ) i nt h i sp a r t , w es y n t h e s i z e dm - p d - g - p n i p ac o p o l y m e ri na q u e o u ss o l u t i o n u s i n gm p - c da n dn - i s o p r o p y la c r y l a m i d e ( n i p a ) a n dk p s - t m e d a a si n i t i a t o r t h ec h e m i c a ls t r u c t u r eo fm p c d - g - p n i p ac o p o l y m e rw a sc o n f i r m e db yi r , 1 h - n m ra n de l e m e n t a l a n a l y s i s t h e r e s u l t sa l ls h o wt h a tp o l y ( n i s o p r o p y l a c r y h m i d s ) c h a , i n sa r eg r a e i e do nm - b d t h e r m a ls t a b i l i t yo fm - p - c d g p n i p a c o p o l y m e rw a sd e t e r m i n e db yt g a t h e nt h e s o l u t i o n p r o p e r t i e s o ft h e m - p - c d g p n i p aw c r es t u d i e db ys p e e t r o p h o t o m e t e ra n du b b e l o h d ev i s c o s i m e t e r 3 山东大学硕士学位论文 w eg o tt h er e l a t i o n s h i po fr e d u c e dv i s c o s i t y ( r ls p c ) 坩c o n c e n t r a t i o no fa q u e o u s m - i ，- c d g p n i p as o l u t i o n st h er e d u c e dv i s c o s i t i e so fg r a f tc o p o l y m e r ss o l u t i o n w e l - el i n e a ri np u r ew a t e ri n d i c a t i n gi t sn o n i o n i cp o l y e l e c t r o l y t ep r o p e r t i e s l o w e r c r i t i c a ls o l u t i o nt e m p e r a t u r e ( l c s a 3 ，a sd e t e r m i n e db ys p e e t r o p h o t o m e t e ra n d u b b e l o h d ev i s e o s i m e t e r t h er e s u l ts h o wt h a tm - b - c d - g - p n i p ac o p o l y m e rr e t a i n s t e m p e r a t u r es e n s i t i v i t yo fp o l y ( n - i s o p r o p y la c r y l a m i d e ) a n d l c s to fg r a f t e o p o l y m e r i n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fc dc o n t e n t t h ei n t e r a c t i o n so f m - 1 3 - c d g - p n i p ac o p o l y m e ra n ds u r f a c t a n tm o l e c u l e ( s o d i u md o d e e y ls u l f a t e ，s d s ) ， d r u gm o l e c u l e ( 5 一v u ) ，1 - d o d c c a n o l w e r er e s e a r c h e d b y s u r f a c et e n s i o m e t e r , e o n d u e t i v i t i m e t e r , u v - v i sa n dt r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y t h er e s u l ts h o w s t h a tt h eg r a f tc o p o l y m e ro l i nb ec o m p l e xw i ms d sa n dh a ss o l u b i l i z a t i o nt o 5 - f l u o r o u r a c i l ( 5 f u ) a n dl - d o d e c a n 0 1 2 m e t h y lp - c y e l o d e x t r i ng r a f tp o l y a e r y l a m i d “m p - c d - g - p a m ) i nt h i sp a r t , w e s y n t h e s i z e dm - 肛c d g - p a mc o p o l y m e ri na q u e o u ss o l u t i o nu s i n g m - 争c da n da ma sr a wm a t e r i a l sa n dk p s - t m e d aa si n i t i a t o r t h ec h e m i c a l s t l a l c t u r oo fm - b c d g p a mc o p o l y m e rw a sc o n f i r m e db yi r , 1 h - n m r , e l e m e n t a l a n a l y s i sa n ds oo i lt h er e s u l t sa l ls h o wt h a tp o l y a c r y l a m i d ec h a i l 强a r eg r a f t e do n m - i ；- c d a n dt h e nw ed i s e n s s e dt h a tr e a c t i o nt i m e s , r e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n d c o n t r a t i o n so fi n i t i a t o ra f f e c to ng r a f i i n g p a r a m e t e r s i na d d i t i o n , w es t u d i e d s y s t e m i c a l l yt h ep r o p e r t i e so fm - 1 3 - c d g - p a mc o p o l y m e r ：t h e r m a ls t a b i l i t yw a s r e s e a r c h e db yt h e r m o g r a v i m e t r ya n a l y s i sf r o a ) ；v i s c o s i t yi na q u e o u ss o l u t i o nw a s e m p h a t i c a l l yr e s e a r c h e d a n dw eg o tt h er e l a t i o n s h i po f r is wc o n c e n t r a t i o no f a q u e o u sm b c d - g - p a ms o l u t i o n s ，t e m p e r a t u r ea n ds a l tc o n c e n t r a t i o ns e p a r a t e l y t h er e s u l t ss h o wt h a ti n t r i n s i cv i s c o s i t yo f m 1 3 - c d g p a mc o p o l y m e ri n c r e a s e sw i t h t h ei n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fa q u e o u sm - i - c d g - p a ms o l u t i o no rt h ei n c r e a s i n g s a l tc o n c e n t r a t i o na n di sa l m o s ti n v a r i a b l ew i t h i n c r e a s i n gt e m p e r a t u r e ；t h e i n t e r a c t i o no f g r a f t e dc o p o l y m e ra n ds m a l lm o l e c u l ew a ss i m p l yd i s c u s s e d k e y w o r d s ：m e t h y li b - e y c l o d e x t r i n ( m 1 3 - c d ) ；p o l y ( n i s o p r o p y la c r y l a m i d e ) ； p o l y a c r y l a m i d e ；鲫f ic o p o l y m e r ；, c o m p l e x ；s o l u b i l i z a t i o n 4 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 环糊精简介 环糊精( c y c l o d e x t r i n s ，c d ) 是一类白色结晶化合物，由环糊精葡萄糖基 转移酶( c y c l o d e x l f i ng l u c o s y lt r a n s f e r a s ee n z y m e ，c g t ) 作用于淀粉所产生的一 组环状低聚物，也称作环聚葡萄糖，是由若干d - 吡喃葡萄糖单元环状排列而成 的一组低聚糖的总称。 环糊精化学的发展经历了三个阶段： 第一阶段：从1 8 9 1 年到二十世纪三十年代，主要是发现它并确定其组成及制 备方法。v i l l i e r s a 于1 8 9 1 年通过用酶降解淀粉发现了环糊精。1 9 0 4 年s c h a r d i n g e r f 首次对环糊精的制备作了较为详尽的描述。由于这个描述，早期文献也把环糊 精称作s c h a r d i n g e r 糊精。 第二阶段：从二十世纪三十年代到七十年代，主要是系统研究了环糊精的结 构、性质等并对其包合物( i n c l u s i o nc o m p l e x e s ) 做了研究。1 9 3 5 年，f r e u d e n b e r g k 【l 】等人结合前人工作，通过实验认定环糊精是通过l 。4 一糖苷键相连的吡喃糖单 元构成的大环化合物。二十世纪三十年代，p r i i l 到1 e r m 【2 】对环糊精进行了大量的 研究工作，他最突出的贡献在于揭示了晶状环糊精及其乙酸盐能与各种有机化 合物形成配合物。从五十年代开始，f r e n c hd 【3 】和c r a m e rf 1 4 1 等科学工作者们开 始对环糊精进行了深入的研究，包括分离出纯组分，确定其物理及化学性质等。 c r a m e r f 【5 】则重点对环糊精包络配合物进行了研究到六十年代末，人们已经能 够在实验室制备环糊精，并开展了环糊精结构、物理及化学性质及包络配合物性 质的研究，发表了一些综述及专著嗍，此时，人们得出三点共识：( 1 ) 环糊精 是一种非常有趣的有前途的分子，值得进一步研究，尤其是它在工业上具有潜在 的应用价值。( 2 ) 环糊精较贵，只适合少量用于化学领域。( 3 ) 环糊精有毒性， 因此它们能否在人类中使用还值得商榷。 第三阶段：从二十世纪七十年代以后，经过足够韵毒理研究证实了环糊精使 用过程中的毒性并非由环糊精引起，而是由使用中混合物的不纯或不适当的药物 配给或是剂量太大引起，这使得环糊精的应用以及与环糊精有关的报道迅速增 长。1 9 8 1 年，首次举办了有关环糊精的国际专题研讨会【9 】，从1 9 8 4 年起每两年举 山东大学硕士学位论文 办一次，每次都有上百个讲座及墙报总结近年来的最新成果。环糊精化学在过去 二、三十年内获得了突飞猛进的发展，到目前为止，已有不少专著与若干长篇 综述，多于1 4 0 0 个以上的专利和数以千计的文章描述环糊精及其包合物的结构 性质和应用【l o 】。 1 9 9 7 年底，有关环糊精的出版物超过1 5 0 0 0 篇。七十年代时，每公斤环糊精 大约2 0 0 0 美元，2 5 年后1 9 9 5 年环糊精的总产量大大超过一千吨年，价格也大大 降低，其主要产品b 环糊精只要几美元一公斤。 作为一种简单的有机大分子，环糊精具有范围极其广泛的各类客体，比如： 有机分子、无机离子、配合物甚至惰性气体，通过分子间相互作用形成主一客体 包合物【l “，环糊精及其衍生物是主一客体化学的重要研究对象。 环糊精包合物的制备、结构、性质和应用研究是环糊精化学的一个重要内容， 除此之外，有关环糊精的修饰、聚合和多重识别研究也方兴未艾。这方面工作不 仅能提供研究超分子领域中相互作用和分子组装主体，同时修饰后的c d 衍生物 或c d 聚合物也可以作为很好的催化剂和酶模型，而广泛应用于仿生化学、催化 和有机合成等众多领域。此外，环糊精在药物载体、香料和调味剂的增溶、改性 以及分子包装方面，已向世人展示了广阔的应用前景。 1 1 1 环糊精的结构特点 通过环糊精葡萄糖基转移酶作用于麦芽糖溶液，可以得到一系列聚合度不 等、由6 1 2 个葡萄糖单元组成的环状低聚糖，它是由d 吡喃葡萄糖单元以洳l ， 4 一糖苷键相互结合成为椅式构像的环状低聚糖其中有实际意义的是含6 ，7 ，8 个单元的a ，b ，i , - 环糊精，但a c d 分子空腔较小，? - c d 价格昂贵，所以使用 最为普通的是j 3 - c d 1 2 1 。 由于d 吡喃葡萄糖单元为椅式构像，不能围绕糖苷键自由旋转，因此环糊 精的结构颇似锥形圆筒。b c d 分子结构如图卜l 所示。所有的6 一位伯羟基在简 的小口端，即第一面( p r i m a r ys i d e ) ，所有2 ，3 位仲羟基在筒的大口端，即第二 面( s e c o n d a r ys i d e ) 尽管c d 第二面上的2 - o h 和3 - o h 都属仲羟基，但是所处 的空间环境有一定的差别，2 - o h 稍指向c d 的空心中轴方向，3 - o h 则稍背向 c d 的空心中轴方向。由于仲羟基旋转位阻大，故此宽口端有相对刚性c 6 上的 伯羟基由于自由转动减小了空穴的有效直径，因而所在处为较小的窄口端 6 山东大学硕士学位论文 环糊精空腔内侧由3 ，5 位氧原子和糖苷氧原子组成。键上的氧原子处于空 腔内侧c h 键的屏蔽之下，因而内腔是疏水性的。糖苷键氧原子上有两个非键 电子对指向空腔内侧，使内侧产生高电子密度且具一定的l e w i s 碱的性质。环上 众多羟基的存在形成亲水外围，所以环糊精也有一定的亲水性此外h n m r 和 x - r a y 数据证明，一个吡喃葡萄糖基单元的c 2 羟基能与相邻的葡萄糖基单元c 3 羟基形成氢键，在分子上形成一个闭合的氢键网络【”l ，使分子具有一定的刚性， 进一步稳定了分子构像。 图卜1 印f 糊精结构示意图 f i g 1 - is t r u c t u r eo f l 卧c y c l o d e x t r i n 正是由于这种特殊的结构，环糊精在分子识别、模拟酶及色谱的手性分离等 方面有极高的研究和应用价值，在农业、医药、食品及化妆品工业等领域的应用 前景更是诱人【1 埘 1 1 2 环糊精的性质与修饰 环糊精的羟基具有一定的酸性，p k a 约为1 1 8 ，在强碱性条件下能产生阴离 子，此时环糊精构象发生变化，空腔深度减小。环糊精常见的一些物理常数见表 1 1 。 环糊精遇酸易分解，在一定的口h 内，环糊精的羟基与氧负离子同时存在能 起酸、碱协同催化剂作用1 1 9 1 除二甲基甲酰胺、吡啶、二甲亚砜外，环糊精在大 多数有机溶剂中的溶解度都很小。环糊精对淀粉酶较稳定，经动物食用后，肠内 会像对淀粉一样将其代谢掉，因而完全没有毒性【2 0 】 环糊精的特征是能形成包络化合物，即在分子孔隙中包络物质被包络的化 合物分子称客体，环糊精称主体能被环糊精包络的物质极多，不仅有有机化合 逵 7 山东大学硕士学位论文 物，也包括稀有气体、卤素分子、无机化合物等。 表i i 嚣糊精的物理常数 一- - ：。一 一a p 。y 一 磊舛分干质t 9 7 2 1 1 3 s 1 2 9 7 水中瘁解度( | ，i o o m l 。生沮) 1 4 5l 8 5 2 3 2 i 口l d 2 5 。 1 5 0 + 0 51 6 2 5 o 5 1 7 7 仉5 蔓蠢直轻【 t - 5 3 6 0 - 6 g 7 争氡3 空膛高度( a ) 7 9 o 1 t 9 o i 7 9 ：1 ：0 i 仆田直往【a ) 1 4 6 土0 0 4i5 o 4 1 7 5 土o 空腔近似客瓤f l 174邪2 4 2 7 lm o l 琢糊精的近似毫朝删) l 明1 5 7 妈6 it 环栩精的近似客机( 甜 仉1 0o 1 4 0 2 0 丑v 形l 术中 青地形片收羊计的平行_ 逭彤 奠拄 站术- 喇 l o 21 3 2 - 1 4 5 8 1 3 - t 7 ? 柏时的散t t t 3 4 船 3 2 2 4 3 伽 九o r ，ia 蔓精嶂时其水辫传瓦 可枣幔 快 v i e , 值( r a i n 6 8 l 2 3 0 0 2 5 时的峨i 乜位墙i 1 2 3 3 2 1 2 2 0 21 2 l 在掌囊中的仙摩术体积im l m o r ) 6 1 1 47 0 3 8 8 0 1 2 曼墨垒兰 一 一 苎- ，- = 鼍_ ， 竖 ：= 一 包络物的形成主要靠非共价键相互作用，一般涉及【2 1 】；( 1 ) 环糊精与客体之 间的范德华力；( 2 ) 环糊精的羟基与客体分子之间的氢键缔合；( 3 ) 环糊精空腔 中高能水分子的释放与张力能( 构象应变能) 的释放；( 4 ) 环糊精分子空腔的亲 脂作用；( 5 ) 客体分子与环糊精空腔的几何形状的匹配。此外，客体分子的极性 是影响包络物稳定性的重要因素，极性越小，分子越容易与环糊精的疏水内腔作 用；可电离底物( 如苯甲酸类、苯胺类等) 的非电离态要比电离态易与环糊精内 腔作用；若底物由亲水和憎水两部分组成，则憎水部分最大程度的与环糊精内腔 作用，亲水部分则尽可能远离空腔而与极性溶剂及环糊精的羟基作用。因此，包 络物的稳定性取决于客体分子基团的性质、尺寸和空间构型等。对疏水性相近的 客体分子，若其分子大小与主体空腔相匹配，能紧密地嵌入空腔，形成的包络物 就稳定，而较小分子形成的包络物，其稳定性就差。 由于简单环糊精分子本身的性质有一定局限性，要适应不同用途必须对其进 行化学修饰环糊精分子中，化学活性不同的c 6 伯羟基和不同取向的c 2 、c 3 仲 羟基为进一步的化学修饰提供了途径。其中，环糊精的第二面选择性功能化 修饰具有很重要的理论和应用研究价值。 对环糊精直接选择性修饰的基础在于环糊精的伯、仲羟基在反应性能上的 差异。尽管环糊精第二面上的2 o h 和3 o h 都属仲羟基，但所处的空间环境有一 山东大学硕士学位论文 定差别，2 - o h 指向c d 的空心中轴方向( z - a x i s ) ，3 - o h 背# j c d 的空心中轴方向， 因而2 - o h 和3 一o h 的反应性能也有所不同。一般说来，各种羟基的反应活性顺序 为6 o h 2 - o h 3 o h ，酸性的强弱顺序则为2 o h 3 o h 6 o h 2 2 , 2 3 1 。据此， 适当控制反应条件可得到有一定选择性的c d 修饰产物。以吡啶作反应溶剂时， c d 分子上各羟基的反应次序由相应羟基的反应活性顺序决定，得到6 - 位修饰产 物阴l ，而以碱性水溶液作反应溶剂时，c d 分子上各羟基的反应活性次序由柏应 羟基的酸性强弱顺序决定。例如，2 一氧一羟丙基p c d 就是由b c d 与环氧丙烷在 适当浓度的碱性水溶液中制得的口5 捌，达到了在c d 的第二面羟基上进行修饰的 目的。 为了尽可能减少副反应，提高修饰反应的选择性，保护基在c d 选择性修饰 中的应用一直受到人们的重视。a n g i b e a u d 等将a - d 吡喃葡萄糖苷上的反应特点 应用于c d 化学，成功地制得了第一面和第二面分别被保护的c d 中间体 2 7 1 从环 糊精化学修饰反应类型来看，环糊精的衍生主要是通过取代羟基、置换羟基氢原 子、氧化c 6 或氧化裂解c 2 c 3 键等方法实现的。 环糊精衍生物按其取代基团分类，主要有( 1 ) 酰化c d ) ( 2 ) 烷基化c d ) ( 3 ) 磺化c d ；4 ) 胺基、叠氮基c d ；( 5 ) 环糊精卤化物；( 6 ) 环糊精硝基衍生物；( 7 ) 含磷c d ；( 8 ) 含咪唑基c d ；( 9 ) 含吡啶基c d 衍生物；( 1 0 ) 含硫c d ；( 1 1 ) c d 醛、 酮肟衍生物；( 1 2 ) 羧酸类c d 衍生物；( 1 3 ) 碳酸酯及胺甲基酸酯类c d 衍生物；( 1 4 ) 含硅、硼、锡类c d 衍生物；( 1 5 ) 刚性帽状c d ；( 1 6 ) c d 聚合物等。另外，还 有自旋标记、氘代和脱氧的c d 衍生物等。 1 9 3 5 年，f r e u d e n b e r gi c 等人发表环糊精化学修饰方面的第一篇研究论文之 后【l l ，c r a m e rf ，f r e n c hd ，d r e s l o w ，t a b y u s h it ，b c n s c rm ls z e j t l ij 等人对 环糊精化学修饰及环糊精化学的发展做出了很大的贡献。文献对这些环糊精衍生 物的合成有详细的综述【2 8 捌。八十年代后期，有关环糊精衍生物的文献已难以计 数。 1 2 环糊精聚合物的研究与应用 1 2 1 环糊精聚合物的发展 。 环糊精聚合物( c y c l o d e x t r i np o l y m e r ，c d p ) 是含有单个或多个环糊精单 完的高分子第一例有关环糊精聚合物的报道是在1 9 6 5 年，s a l m sh 【3 q 等人将 9 山东大学硕士学位论文 环糊精在碱性条件下用环氧氯丙烷交联，得块状环糊精聚合物，吸水量为2 4 9 g 干树脂。在水溶液中，这类树脂可以与许多分子形成包络配合物。 1 9 6 9 年，b u c k l e rs a 1 3 l 】用稳定的双功能基交联剂( 甲醛、酮、卤代烷、异 氰酸酯、酰基卤代物、环氧化物、卤化硅等) 制备了一系列的环糊精聚合物，并 获得了美国专利。 这类化合物通常的合成方法是将2 0 9 p c d 加到5 0 m l 2 0 n a o h 水溶液中， 5 0 水浴加热溶解，在充分搅拌下逐滴加入3 0 m l 环氧氯丙烷，所得到的不溶性 凝胶状硬块产物压碎后，用水和丙酮洗涤、过滤、干燥。改变交联剂与环糊精的 投料比、反应温度和反应时间可以调节产物的交联程度和分子量，得到水溶性或 非水溶性产物。 另一种方法是用共混法将环糊精固载在可溶性聚合物中。先将聚合物( 如聚 醋酸乙烯酯、聚丙烯酰胺或硝化纤维等) 溶解在溶剂中( 如丙酮或乙酸乙酯) ， 然后加入环糊精，并使之分散在溶剂中，最后将溶剂蒸出由于固载中并没有化 学反应，因而是最温和的“键合”环糊精的方法【3 2 1 七十年代，环糊精聚合物的研究才真正开展起来，发展了一些新的合成方法。 日本学者f u m em 【3 3 1 、h a r a d aa ”j 5 i 等人分别将环糊精通过化学反应制成带有可 聚合基团的环糊精衍生物单体后，再通过合适的条件引发单体聚合成环糊精聚合 物这种环糊精聚合物一般的合成步骤是：用特殊试剂对环糊精上的一个羟基进 行保护，将其它羟基转化为醚或酯，脱保护，在不引起交联的前提下，将可聚合 的基团引至脱保护的羟基上，最后，引发单体聚合得到环糊精聚合物对某些特 殊反应，如用b 伽d e r f 蚓的丙酯化合成单2 b c d 丙烯酸酯时，则不需要保护和脱 保护。这类环糊精聚合物最大的优点是环糊精分子只通过一个羟基与高分子键相 连，环糊精的结构改变很小 日本学者o g a t an 【柏】用共聚合的方法制备了7 , - - 胺和对一二甲胺基苯的 b c d 配合物，使之与间苯二酰氯共聚得到环糊精聚合物。 匈牙利学者s 州t l ij 1 3 3 等人合成了含聚乙烯醇的环糊精聚合物，此种聚合物 不溶于水，但可在水中溶胀聚乙烯醇为环糊精聚合物提供了一个骨架，可以提 高产物的机械性能。这种方法得到的聚合物具有良好的持水性，又克服了粒子在 机械压力下易变形的缺点，可以做成块状、球状或纤维薄片。 l o 山东大学硕士学位论文 七十年代末，波兰学者m a e i e j e w s k im 【3 ”9 1 和日本学者o g a t an 删、i i j i n a t 1 4 1 4 2 1 等人分别合成了以环糊精疏水空腔包络高分子长链的环糊精聚合物。它的 分子结构是一根高分子长链上“串”有很多( 2 0 4 0 ) 个环糊精单元，好像一串 珍珠项链一样，此类环糊精聚合物被称为“珍珠项链”状环糊精聚合物。这种 聚合物近年来引起人们的极大关注 从六十年代中至七十年代末，环糊精聚合物的研究工作虽然不是很多，但建 立了多种环糊精聚合物的合成方法和实验手段，为后来的发展创立了良好的开 端，打下了坚实的基础。这些方法和手段至今仍为人们沿用。八十年代以来，随 着对种类环糊精聚合物的广泛研究，新的环糊精聚合物品种不断涌现，各种环糊 精聚合物如雨后春笋般层出不穷。 环糊精聚合物的分类方法尚没有统一的原则，从结构上可以划分为： ( 1 ) 在线形高分子链上吊灯式键合； ( 2 ) 以化学键固定到网状高分子中间； ( 3 ) 双官能团单体与c d 羟基交联聚合或嵌段聚合； ( 4 ) 线性高分子链穿过一个或多个c d 分子，形成转轮烷或准轮烷； ( 5 ) 以c d 为模板形成花篮式枝状聚合物： ( 6 ) c d 分子以分子阊力嵌入高分子链网络中或固定到天然高分子链上形成的复 合材料； ( 7 ) 有机一无机杂化材料： ( 8 ) c d 分子与高分子侧链以自组装形成的聚合物包合物等。 从性质上可以划分为；水溶性环糊精聚合物、水不溶性环糊精聚合物和水 溶胀性环糊精聚合物。按合成方法的不同，环糊精聚合物可简单分为三类m 。 一是在c d 小分子上引入反应活性基团，然后进行均聚或共聚而生成的线形聚合 物；二是c d 本身和一些带有双官能团或多官能团的化合物交联反应得到的聚合 物；三是通过化学键连的方法将c d 和高分子基质连接起来，称作固载化环糊精 聚合物。 1 2 2 环糊精聚合物( c d p ) 的合成与应用 1 2 2 1 线型环糊精聚合物 线形聚合物是c d 先通过化学改性制成带有可聚合基团的c d 衍生物后，再通 山东大学硕士学位论文 过适当的条件引发单体均聚或与其它单体共聚而成。制成的环糊精聚合物为线形 高分子，大都属水溶性的功能高分子线形均聚物最早f l j c d 分子与丙烯酰硝基 酚酯或丙烯酸硝基酯【4 7 4 8 1 ，通过酯交换制备含c d 的单体，然后由游离基引发单 体形成。同时该c d 单体也可与其他水溶性单体如丙烯酰胺、丙烯酸、乙烯基吡 咯烷酮共聚。由于c d 只通过一个羟基与高分子主链相连，因此对环结构与功能 的影响很小，故包结能力也没有大的改变。后来人们发现，具有双功能团的环氧 氯丙烷( e p i ) 在与c d 的交联过程中，只要很好地控制搅拌速率、n a o h 浓度及 e p 邶c d 摩尔比，便可获得每分子中含有2 5 个c d 单元的低分子量齐聚物 4 9 1 ， 与小分子b c d 相比，溶解度大大增加，并进一步可用于改善客体分子的水溶性。 在此基础上，刘勇、章道道等【如】以环氧氯丙烷预聚的聚合物为主体，首次实现了 i b - c d 对c 的包结，在改善c 6 0 的水溶性、探索c 6 0 水相反应的可能性方面提供了 广阔的前景。为了以尽可能简单的方法合成出高分子量的聚合物，r e n a r d 等【5 l 】 对b c d 和环氧氯丙烷制备高分子量水溶性产物，进行了详尽的研究，发现n a o h 浓度及e p 邶c d 摩尔比对形成聚合物的交联度影响较大，而温度对反应的进程有 影响：粘度法在线检测聚合物形成过程发现，只要在达到凝胶点之前终止反应， 便可合成出分子量达2 1 0 6 的水溶性高分子 c d 环位于高分子主链上可获得水不溶性环糊精聚合物。刘郁杨等【5 2 铡用顺 丁烯二酸酐对8 c d 进行化学改性，合成出了丁烯二酸单酯化1 3 c d 单体，通过氧 化还原自由基引发单体，并与n 异丙基丙烯酰胺聚合，获得了含d c d 结构单元 的新型水凝胶，研究结果表明，该水凝胶具有较好的p h 、温度及离子强度敏感 性，这为新型药物缓释剂的研究提供了新的思路。最近，m y a n a g i o k a 等t 捌也利 用改性的b c d 与n - 异丙基丙烯酰胺制得了兼具分子识别功能和温敏性能的新型 高分子膜，这种膜可望成为新颖的精细分离材料，其机理如图卜2 所示。 图1 2n 异丙基丙烯酰胺b c d 聚合物膜智能分离机理示意图 f i g 1 - 2s e p a r a t em e c h a n i s mo f n - i s o p r o p y la c r y l a m i d e i b - c dp o l y m e rm e m b r a n e 山东大学硕士学位论文 c d 环位于阳离子聚合物主链上是目前环糊精在生物工程领域应用的重要课 题之一d a v i s 小组【搏5 7 l 利用环糊精无毒和包结功能希望解决现有阳离子聚合物 作为传输药物载体的不足，首先使c d 修饰为双功能化的单体( a a ) ，接着与另一 种双功能团的单体( b b ) 进行共聚，便可制得形如“a a b b a a b b ”的线形阳离子 聚合物。实验结果表明，c d 功能化的聚合物表现出与p d n a ( p l a s m i d d n a ) 良好 的结合能力，且毒性实验结果也令人满意。后来的研究发现，离子电荷中心和 b b 的大小对p d n a 的结合及毒性是有关系的，并进行了较为系统的研究。图卜3 ( a ) 一( c ) 为不同阳离子聚合物的合成过程。 d “s o 捧 d 妒 d m f r k h 5 鹋p | n 鹇l 1 s 飞 图卜3 ( 8 ) b - 环糊精阳离子聚合物合成示意图 f i g ! 3 ( a ) s y n t h e s i so f p - c y c l o d e x t r i nc a t i o n i cp o l y m e r 坐奎查竺堡主兰竺丝苎 1 4 i 凡i h 山东大学硕士学位论文 i - c 参，_ - - t c p n - 觑i - c d a - c a 参呐舭啪i 鲫 - 口：争c 晰 - 敷争c 1 n - l h 姗r 埔 图卜3 ( b ) 争环糊精阳离子聚合