（应用化学专业论文）树枝状大分子聚酰胺胺的胆酸修饰及性能研究.pdf

摘要 摘要 d e n d r i m e r s 是一类新型具有明确分子构成和结构的大分子，一般是通过在一 个中心核上逐步共价连接其它小分子所形成。作为近年来发展起来的一种新材 料，d e n d r i m e r s 在很多领域具有应用潜力，如用于药物载体、基因治疗、化学分 离、纳米反应堆、传感器以及催化剂等。胆酸是在哺乳动物肝脏中由胆固醇合 成的一种化合物，是胆汁的主要成分，具有肝靶向性和两亲性。因此，通过适 当的方法将胆酸分子修饰在p a m a m 表面上，能够获得一类新型大分子。 本论文合成了以乙二胺为中心核、表面是氨基基团的聚酰胺一胺( p a m a m ) 化合物，改进了产物的纯化方法。同时，通过1 h n m r 、电位滴定等方法对所合 成的p a m a m 进行了表征，证明所合成的p a m a m 分子符合设计要求。 其次，本论文利用胆酸对p a m a m 表面氨基进行化学修饰，得到了一种新 型大分子2 g c a 2 ( 2 gp a m a m 表面8 个氨基中的2 个被胆酸修饰) 。通过 1 h n m r 、电位滴定、元素分析、质谱等方法对所得到的新型大分子进行了表征， 证明所合成的分子符合设计要求。 这种新型大分子具有两亲性，在溶液中能够聚集形成胶束，其水溶液对疏 水性染料油红o 有增溶作用。电导率测定该化合物在水溶液中的临界胶束浓度 ( c m c ) 为0 6m g m l 。 为了进一步研究这种新型大分子的聚集性质，本论文利用e p r ( 电子顺磁 共振) 技术，分别采用自旋探针和自旋标记两种方法更深入地研究了其自聚集 性能。结果表明，该新型大分子可在水相形成结构比较松散的正相胶束，在有 机相可能形成反向胶束。 关键词：聚酰胺一胺胆酸电子顺磁共振 a b s t r a c t a b s t r a c t d e n d r i m e r sa r ean o v e lc l a s so fm a c r o m o l e c u l e sp o s s e s s i n gaw e l l d e f i n e d m o l e c u l a rc o m p o s i t i o na n dc o n s t i t u t i o n ，w h o s es t r u c t u r e sa r ec r e a t e db ys t e p w i s e a t t a c h m e n to fl a y e r s ，t e r m e dg e n e r a t i o n s ，o n t oac e n t r a lc o r e d e n d r i m e r sh a v e b e e n i d e n t i f i e da sp r o m i s i n gc a n d i d a t em a t e r i a l sf o rav a r i e t yo ff i e l d s ，i n c l u d i n gd r u g d e l i v e r y ，g e n et h e r a p y ，c h e m i c a ls e p a r a t i o n ，n a n o r e a c t o r s ，s e n s o r s ，a n dc a t a l y s i s b i l e a c i d sa r en a t u r a ll i g a n d ss p e c i f i c a l l yr e c o g n i z e db yh e p a t i t i cc e l l sa n da r ea m p h i p h i l i c m o l e c u l e st h a tu n d e r g oa b i o l o g i c a lr e c y c l i n gd u r i n ge n t e r o h e p a t i cc i r c u l a t i o n c h o l i c a c i d f u n c t i o n a l i z e dp a m a md e n d r i m e r sw o u l db en o v e lm a c r o m o l e c u l e sp o s s e s s i n g o fn e wc h a r a c t e r i s t i c s p a m a md e n d r i m e r s w i t ha m i n et e r m i n a l g r o u p sw e r es y n t h e s i z e di n t h i s r e s e a r c h t h ep r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db y 1h n m r a n da c i d b a s et i t r a t i o n p a m a md e n d r i m e r sw e r ef u r t h e rm o d i f i e dw i t hc h o l i ca c i d t h em o d i f i e d p a m a m ( 2 g c a 2 ) h a s2c h o l i ca c i dg r o u p sp e rp a m a mm o l e c u l ea sc h a r a c t e r i z e d b y1 hn m r ，m s ，a c i d - b a s et i t r a t i o na n de l e m e n ta n a l y s i s 2 g c a 2i sa m p h i p h i l i ca n dc a ns e l f - a s s e m b l ei nw a t e rw h i c hh a sb e e nc o n f i r m e d b ye l e c t r i cc o n d u c t a n c ed e t e r m i n a t i o na n dd y es o l u b i l i t y t h ec m co f2 g c a 2i s a b o u t0 6m g r i l l t ob e t t e ru n d e r s t a n dt h eb e h a v i o ro f2 g c a 2i ns o l u t i o n ，e p rw a su s e da sat o o l t os t u d yt h es e l f - a g g r e g a t ep r o p e r t y b ys p i np r o b ea n ds p i nl a b e lt e c h n i q u e s ， r e s p e c t i v e l y t h er e s u l t ss h o wt h a t2 g c a 2c a ns e l f - a g g r e g a t ei n e i t h e ra q u e o u s s o l u t i o no ro r g a n i cs o l v e n t k e y w o r d s ：p a m a m c h o l i c a c i de p r i i 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下 各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学 位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存 论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务； 学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版：在 不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术 活动。 学位论文作者签名： ! 业三! z _ 一 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年月 日 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文 ， 年6 月 矿 ? 7 日 | 孙p ， 雠7 储 少 第一章前言 第一章前言 第一节树枝状聚合物概述 1 1 1 树枝状聚合物简介 树枝状大分子( d e n d r i m e r s ) 是指从核心( c o r e ) 分子出发，不断向外重复 支化生长而得到的结构类似于树状的大分子。它具有规整、精致的结构，分子 的体积、形状和功能等都可以得到精确控制，分子尺寸多在纳米级范围，分子 量可以达到上万。树枝状大分子的结构一般为球形，也有椭球形和圆锥形等。 目前，树枝状大分子已经成为材料化学领域的一个研究热点，其典型结构如图 1 1 所示。 t n t f 口i n 口 玎删a 图1 1 树状大分子的结构特征 由图1 1 中可以看出，树枝状大分子是由内部的核心( i n i t i a t o r c o r e ) 、内部 的多个支化官能团( i n t e r i o r ) 和外部的表面基团( e x t e r i o r ) 三部分组成。分子 最外层的表面基团与外层的支化官能团相连，每一个同心支化官能团称为代 ( g e n e r a t i o n ) ，每一代上都有支化点。 目前，有关树枝状大分子的理论模型还没有统一的认识，d eg e n n e s 等阻1 认 】 第一章前言 为树枝状大分子外围具有较大的密度，内部核心的密度较低，而l e s c a n e c 等口1 认为核心的密度较大，边缘密度较低。最近，b o r i s 等n 1 通过计算得出的结论与 l e s c a n e c 等提出的模型相似，但他们同时还认为端基遍布于整个树状大分子的体 积中。 1 1 2 树枝状聚合物合成方法简述 树枝状大分子的合成方法主要有发散合成法和收敛合成法。1 9 8 5 年， t o m a l i a t 5 5 1 博士发展了发散合成法来合成树枝状大分子；1 9 9 0 年，f r e c h e t 陋1 教授 等发展了收敛合成法来合成树枝状大分子。所谓发散合成法是从所需的树枝状 大分子内部开始向外逐步合成，而收敛合成法是从所需树枝状大分子的边缘部 分开始向内进行合成。 发散法合成模式如图1 2 所示，首先具有3 个以上官能团( b ) 的中心分子与 另一个有3 个以上官能团的单体反应，此单体的官能团之一( a ) 是反应性的，其 它官能团被保护( z ) ，得到的分子脱保护基变为多官能团( b ) 的分子，再与单体 反应。如此反复进行这一反应次序可得到所需大小的树枝状大分子。 y + z 上z z j z b 第一章前言 通过细致分析随着d e n d r i m e r s 上的自旋标记物数量的增加所带来的谱线增宽效 应可以证明自旋标记物在d e n d r i m e r s 表面的分布状况，从而间接提供了连接在 d e n d r i m e r s 上其他基团的空间分布信息。 ( 1e q u i v ) 瞄6 ( n h 2 ) 5 4 s c n r r 、n h s 图1 11 4 - i s o t h i o c y a n a t o t e m p o 标记g 4p a m a m 在很多实例中，可以尝试将一些目标官能团、药物分子、增溶剂等连接到 d e n d r i m e r s 上1 ，以改变扩展其性能。对于在d e n d r i m e r s 表面连接多于一种其他 官能团的化合物，研究这些官能团在d e n d r i m e r s 表面的分布状况是对其进行表 征的一个重要方面。n m r 和m s 可以用于确定在d e n d r i m e r s 表面连接的不同官 能团的连接数量，但是通过n m r 和m s 不能得到关于所连接官能团在d e n d r i m e r s 表面的分布状况的信息。虽然有人对连接在d e n d r i m e r s 表面的基团进入 d e n d r i m e r s 内部的可能性作了一些探究口1 ，但总体来说对于连接在d e n d r i m e r s 表 面基团的动力学和分布状况的研究知之甚少。对于在d e n d r i m e r s 表面连接上多 于一种基团的实例也报道比较少隅1 。 第四节研究课题的提出及实验设计 由于不同代数d e n d r i m e r s 框架结构大小的变化以及其表面带有多个氨基可 以作为连接其他分子的连接点，使得它在应用中可以作为一种连接其他分子的 很好的模板，从而引起广泛的关注。在d e n d r i m e r s 表面修饰其他分子所得到的 化合物对新化合物的合成、药物载体系统的发展以及d e n d r i m e r s 氧化还原系统 的建立都有促进作用。 第一章前言 胆酸是在哺乳动物肝脏中由胆固醇合成的一种化合物，是胆汁的主要成分， 具有靶向性( 能被肝细胞识别而在肝脏内聚集) 和两亲性( 可参与生理过程中 的肠肝循环) 。 所以在本实验中首先合成p a m a m ，然后将胆酸分子通过合适的方式共价 连接在p a m a m 表面氨基上得到了一种新的大分子衍生物。 利用e p r 研究其自聚性能，其中包括两个方面：1 ) 选用一种合适的自旋探 针研究该大分子在溶液中成胶束性能；2 ) 选择一种合适的方法对该大分子进行 自旋标记，使得该大分子自身具有e p r 信号，接着利用e p r 直接研究该大分子 在溶液中的成胶束性能。 1 2 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 2 1 1 引言 第一节p a m a m 的合成与表征 聚酰胺一胺( p w 蝴) 是第一个商品化的树枝状大分子，其合成路线非常 典型地代表了树枝状大分子的一般合成途径。p a m a m 是以乙二胺为核心，通 过m i c k e a l 加成和酰胺化缩合反应来进行的，整个反应时间较长，给树枝状大分 子的工业化生产带来了一定的困难。由于p a m a m 的合成涉及到m i c k e a l 加成 和酰胺化缩合反应，所以研究系列产品的合成工艺条件，了解该反应的特点， 对掌握这类核心可以改变的树状大分子的合成具有重要意义。本实验通过对以 乙二胺为核心的p a m a m 的合成，确定了适宜的工艺条件，讨论了该反应的特 点，为进一步合成以乙二胺、苯二胺等为核心的p a m a m 型树枝状大分子奠定 了基础。 对于树枝状大分子这类新型的合成高分子，许多常用的表征手段都不是很 适用，目前国外也开展了一些表征工作口明，但对系列p a m a m 的表征还很不系 统。由于树枝状大分子基本上都是采用“发散法合成的，受到合成方法的限 制，特别是对于高代产品，产物的分子结构与理论结构还有很大的偏差，所以 开展这类新型化合物的结构研究具有重要意义。 2 1 2 实验部分及结果与讨论 一 仪器与试剂 ( 一)仪器 旋转蒸发仪德国h e i d o l p h 公司l a b o r o t a4 0 0 0 型 1 3 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 电子分析天平 水浴恒温磁力搅拌器 核磁共振仪 自动电位滴定仪 ( 二) 试剂 乙二胺分析纯 丙烯酸甲酯分析纯 甲醇分析纯 无水氯化钙等无机试剂分析纯 ( 三) 试剂处理 1 甲醇的纯化处理 无水甲醇的制备 赛多利斯科学仪器( 北京) 有限公司 天津欧诺仪器仪表有限公司e m s 一9 a 型 m e r c u r yv x - 3 0 0 核磁仪 上海精密科学仪器有限公司z d j 一4 a 型 天津市化学试剂六厂 天津市化学试剂六厂 天津市化学试剂六厂 天津市化学试剂六厂 2 c 2 h 5 0 h + m g - + ( c 2 h s o ) 2 m g + h 2 ( c 2 h 5 0 ) 2 m g + 2 h 2 0 2 c 2 h s o h + m g ( o h ) 2 提前几天用分子筛浸泡无水甲醇( 9 9 5 ) ；在1 0 0 0 m l 圆底烧瓶中放置3 9 镁粉和5 0 m l9 9 5 的甲醇，装上回流冷凝管，在氮气保护条件下用电热套加热， 达到微沸时，移去热源，立刻加入几粒碘片( 不要震荡) ；待镁完全作用完毕后， 加入5 0 0 m l9 9 5 的甲醇和几粒沸石。回流4 小时后，蒸馏收集6 4 - - 6 5 馏分。 产物收存于玻璃瓶中，用磨口塞密封。 2 乙二胺的纯化处理 在1 l7 , - - 胺中加入7 0 95 a 分子筛，震荡1 2 小时，倾出液体，再与5 0 9 氧 化钙和1 5 9 氢氧化钾震荡1 2 小时，将清液在新活化的分子筛存在下分馏( 回流 比2 0 ：1 ) 。收集1 1 7 2 1 0 1 2 k p a 的馏分。在蒸馏和储存过程中都应用氮气保 护，避免吸入二氧化碳。 3 丙烯酸甲酯 用1 0 n a o h 溶液洗涤原料丙烯酸甲酯三次，然后用饱和食盐水洗，后将 1 4 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 收集到的丙烯酸甲酯加入c a c i ：干燥过夜；翌日减压蒸馏，收集1 8 , - - - 2 0 1 0 m m h g 馏分，避光储存于冰柜中。 二以乙二胺为核心的p a m a m 合成 ( 一) 0 5 gp a m a m 的合成： 。，、| ! 一 4 邺一昌一c o c h 二睾n 一字一孝一n 几 x 3 协 图2 5 分子内酰胺化环化反应 2 1 0 gp a m a m 合成反应条件优化 由0 5 gp a m a m 分子和乙二胺进行酰胺化，合成1 0 gp a m a m 树枝状分 子的反应是一个动力学控制的可逆反应，存在着反应平衡。和一般的可逆反应 类似，其合成产率和反应速率都与温度、投料比等密切相关。 ( 1 ) 反应投料比 本步合成在投料时要加入过量的乙二胺。这是因为，1 ) 增加反应体系中乙 二胺的浓度，可以使反应朝正方向进行，反应比较彻底。2 ) 在合成中我们期望 的是0 5 gp a m a m 树枝状分子与乙二胺的酰胺化反应，但是在反应过程中还可 能发生如图2 6 所示的分子内的酰胺化环化以及分子间的酰胺化桥连反应。这 两个副反应与主反应有着相近的反应速率常数，如果乙二胺浓度低，这两个副 反应就会与之竞争，产生的副产物分子中一“枝 失活，无法再进一步接“枝， 这样在后续的高代分子的合成中就会出现缺陷。所以要得到高产率、低缺陷的 分子，就必须加入过量的乙二胺来抑制分子内的环化和分子间的桥联反应。实 际操作中以下几个方面必须注意，1 ) 0 5 gp a m a m 使用大量的无水甲醇溶解， 形成p a m a m 的稀溶液；乙二胺使用少量的无水甲醇溶解，形成乙二胺的浓溶 液。2 ) 反应加料的时候一定是低浓度的p a m a m 甲醇溶液滴加到高浓度的乙二 胺甲醇溶液中，并严格控制滴加速度，缓慢滴加。3 ) 乙二胺用量为理论值的6 倍。 1 9 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 图2 61 0 gp a m a m 合成中的副反应 ( 2 )反应温度 升高反应温度可以加快反应速度，缩短反应时间。具体到本步合成中，升 高反应温度可以加快0 5 代产物和乙二胺的酰胺化反应速度。但是另一方面， 温度过高会诱发m i c h a e l 加成反应的逆反应，使已经生成的1 0 代分子上的“一 枝脱落下来，这些降解下来的碎片会与乙二胺小分子或者别的携带胺基的碎 片发生m i c h a e l 加成反应，形成副产物( 图2 7 ) 。这些副产物难以被除去，在 下一步的合成中会和丙烯酸甲酯反应，发展成有缺陷的分子。由于树枝状分子 的分子量是按指数增长的，因此随着合成步数的增长，这些有缺陷的分子与“完 美 分子的分子量差距迅速拉大，这样后面得到的产物的分子量分布就越来越 宽，这对更进一步的应用研究是非常不利的。所以为了避免副反应的发生，得 2 0 。人毽 厂 一 一 吼 阿 ， 肌户 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 到高产率、窄分子量分布的产物，就必须使反应在较低的温度下进行，一般把 反应温度控制在室温下进行。 图2 7 温度过高引起的逆m i c h a e l 加成 3 其它代数p a m a m 的合成条件优化 本实验还合成了1 5 2 0 gp a m a m 树枝状分子，并对合成中的纯化方法 进行了研究。在整代产物的合成中，乙二胺分子上的胺基与产物分子内部酰胺 键上的羰基形成氢键，使得乙二胺不容易被除去。残留的乙二胺在后续高代产 物的合成中，会起到一种新的初始核的作用，与丙烯酸甲酯发生m i c h a e l 加成反 应，生成小分子副产物，使产物的纯度下降，分子量分布变宽，对后续的高代 产物合成非常不利，所以除去残留在产物中的微量乙二胺显得尤为重要。一般 通过减压旋蒸来除去甲醇和过量的乙二胺。在本实验过程中发现采用这种方法 仍然不能满足要求，故尝试在旋蒸过程中采用浓硫酸作吸收剂来辅助除去乙二 胺。这主要是考虑到高沸点的硫酸( 常压下沸点：3 3 8 ) 对乙二胺的强吸收作用， 使旋瓶内剩余液体液面上方的蒸汽压低于该压力下乙二胺的饱和蒸汽压，液体 2 1 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 中残余的乙二胺分子加速克服氢键作用，挥发到气相，从而被分离除去。另外， 在待旋蒸的反应物中加入适量的甲醇也有利于将过量的乙二胺除去。 ( 二)产物的1 h n m r 1 0 5 gp a m a m 核磁分析 3 r 1 2 蒜姒h 2 7 ：蕃g n 蒋n 萎 h 。c o 一矿豢 荡飞吼锕 对0 5 g 产物进行了h n m r 表征，结果如图2 8 所示。a 峰是丙烯酸甲酯 和7 _ , - - 胺氮原子相连的亚甲基上的8 个氢，b 峰是乙二胺核亚甲基上的氢以及丙 2 2 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 烯酸甲酯上跟羰基相连的亚甲基上的氢共1 2 个，c 峰是丙烯酸甲酯外围甲氧基 上的氢共1 2 个。a 峰，b 峰，c 峰峰面积积分比为2 ：3 ：3 。通过对各个峰的指 认，证明了所合成的目标分子符合设计要求。 2 2 0 gp a m a m 核磁分析 3 2 5 0 m l r l ) 3 k 零 | h n ， 图2 92 0 gp a m a m 的1 h - n m r 对2 0 g 产物进行了1 h - n m r 表征，结果如图2 9 所示。2 、6 处峰是分子 中与羰基相连的亚甲基上的共2 4 个氢；c 1 、c 2 、4 处峰是乙二胺核亚甲基上的 氢以及如图2 9 所示跟乙二胺的一个氮原子相连的亚甲基上的氢共1 2 个；8 处 峰是外围的跟表面氨基相连的亚甲基上的氢共1 6 个；1 、5 处峰是如图2 9 所示 2 3 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 的跟氮原子相连的亚甲基上的氢共2 4 个；3 、7 处峰是如图2 9 所示支架结构中 乙二胺分子的一支亚甲基峰上的氢共2 4 个；以上所描述的几组峰的峰面积积分 比为6 ：3 ：4 ：6 ：6 。通过对各个峰的指认，证明了所合成的目标分子符合设计要求。 ( 三) 产物电位滴定分析 1 电位滴定法的原理和装置 电位滴定法是一种利用电位突跃来确定滴定终点的滴定方法。进行电位滴 定时，在待测溶液中插入一个指示电极，并与参比电极组成一个工作电池。随 着滴定剂的加入，由于发生化学反应，待测离子或与之有关的离子的浓度不断 变化，指示电极电位也发生相应的变化，而在化学计量点附近发生电位突跃， 因此，测量电池电动势的变化，就能确定滴定终点。电位滴定装置如图2 1 0 所 示。 图2 1 0电位滴定基本装置1 微量滴定管2 滴定池3 指示电极4 参比电极5 搅拌棒 6 电磁搅拌器7 电位计 2 用电位滴定进行结构分析 用电位滴定进行结构分析时，整代p a m a m 树枝状分子外围的伯胺基和内 部所有叔胺基都可与酸发生中和。将整代分子溶于过量的盐酸中将发生如图 2 1 1 所示的反应： 2 4 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 h r ：+ h c i j h 吨一士h 。之、上： 图2 1 1 盐酸中和p a m a m 的叔氨和伯胺 然后在溶液中滴加氢氧化钠，与溶液中的胺盐发生中和，释放出游离的胺 基化合物，反应如图2 1 2 所示： 十h 一。一删一十h ? n a c i + i t 2 0 七h t 。o n 一吨扣 图2 1 2n a o h 溶液中和质子化氨基 将整代p a m a m 树枝状分子溶解在过量的盐酸溶液中，然后用氢氧化钠溶 液进行反滴定，同时通过测定电位来跟踪p h 值的变化。具体来说，本实验在滴 定2 0 gp a m a m 产物的过程中，当滴入的氢氧化钠和过量的盐酸刚好完全中和 时，出现第一个等电点，p h 值发生突跃，显示在电位计上电位读数突变。继续 滴加氢氧化钠溶液，由于在溶液中伯胺基的碱性强于叔胺基，所以分子内部的 叔胺基盐首先释放出质子，转变为游离的叔胺，当所有的叔胺都被释放出来的 瞬间，出现第二个等电点，p h 值发生第二次突跃。然后氢氧化钠夺取树枝状分 子外围伯胺基盐上的质子，伯胺基被释放，继续滴加氢氧化钠溶液到分子中所 有的胺基被释放的瞬间，出现第二个等电点，之后p h 值不再发生突跃( 图2 1 3 ) 。 2 5 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 01 02 03 0 v 【m r 图2 1 32 0 gp a m a m 产物的电位滴定微分曲线 其中：1 中和过量的盐酸消耗氢氧化钠溶液的体积v 。 2 中和叔氨基消耗氢氧化钠溶液的体积v z 3 中和伯氨基消耗氢氧化钠溶液的体积v 。 分别记录三次等电点时滴入的氢氧化钠溶液的体积v - ，v 。，v s ，则： n l ：c l ( v 2 一v 1 ) 1 0 3 1 1 2 = c 1 ( v 3 一v 2 ) 1 0 n 2 n l = ( v 3 - v 2 ) ( v 2 一v 1 ) n 。产物分子中叔氨基的物质的量，m o l 1 1 2 产物分子中伯氨基的物质的量，m o l c 。氢氧化钠溶液的浓度，m o l l v 。第一个等电点时滴加氢氧化钠溶液的体积，l l l l v 广第二个等电点时滴加氢氧化钠溶液的体积，r n l v 广一第三个等电点时滴加氢氧化钠溶液的体积，n l l 通过测定电位滴定过程中出现的等电点可以确定产物分子中伯胺基和叔胺 基的比例，将其和理论结构中两者的比例进行对比，比值越接近说明得到的产 物分子结构和理论分子结构越接近。 用电子分析天平准确称取2 o gp a m a m 样品0 1 6 5 9 于小烧杯中，加入适 量的稀盐酸，使溶液的p h 稳定在4 0 左右；用浓度为e l = 0 0 9 9 7 m o l l 的n a o h 溶液进行反滴定，滴定结果如图2 1 3 所示。在p h = 4 0 9 时，出现笫一个等电点， 此时消耗n a o h 溶液体积v 1 - o 0 9 5 8 毗在p h = 7 5 1 时，出现第二个等电点， 2 6 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 此时消耗n a o h 溶液体积v 。= 5 5 5 m l ；在p h = 1 0 5 时，出现第三个等电点，此 时消耗n a o h 溶液体积v 。= 1 4 9 m l 。 按照前面描述的方法计算伯氨基数目为8 0 6 。产物分子中伯胺基和叔胺基 的比例为1 7 ：1 ，将其和理论结构中两者的比例( 理论值为1 3 3 ：1 ) 进行对 比，比值接近，说明得到的产物分子结构和理论分子结构接近。可见，实验值 与理论值非常吻合。 以上采用多种手段对本实验合成的p a m a m 树枝状分子进行了表征，分析 结果表明产物分子的结构符合设计要求。 2 2 1 引言 第二节p a m a m 胆酸衍生物的合成与表征 胆酸所具有的双亲性、酸碱性和来源于生物体的特征，使之在生物医学领 域和化学领域引起许多研究者的兴趣。胆酸在不同研究领域的广泛应用，归因 于其分子中的羟基和羧基官能团容易进行化学修饰。由于本实验的目的是将胆 酸分子修饰到p a m a m 表面氨基上，故可设计方案将胆酸表面的羧基和p a m a m 表面的氨基连接在一起，形成酰胺键。这样，就能够达到将胆酸连接到p a m a m 表面的目的。在进行胆酸修饰时，为了提高羧基的反应活性，常将羧基与活化 剂作用，形成活性中间体后，再进行下一步反应。n 羟基琥珀酰亚胺是常用的 活化羧基的试剂。本实验选取的方法是使胆酸与n 一羟基琥珀酰亚胺作用【3 。7 】生成 中间体后再对p a m a m 进行表面修饰。 2 2 2 实验部分及结果与讨论 一仪器与试剂 ( 一)仪器 电子分析天平赛多利斯科学仪器( 北京) 有限公司 2 7 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 磁力搅拌器 旋转蒸发仪 ( 二) 试剂 二环己基碳二亚胺( d c c ) n 一羟基琥珀酰亚胺 胆酸 四氢呋喃 乙腈 丙酮 石油醚 无水甲醇 碳酸氢钠等无机试剂 2 0 gp a m a m ( 三) 试剂处理 1 t h f 的纯化处理 天津欧诺仪器仪表有限公司e m s 一9 a 型 德国h e i d o l p h 公司l a b o r o t a4 0 0 0 型 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 上海天莲精细化工有限公司 s i g m a a l d r i c h s i g m a - a l d r i c h 天津市大茂化学试剂厂 天津市化学试剂六厂 天津市大茂化学试剂厂 天津市大茂化学试剂厂 天津市大茂化学试剂厂 天津市化学试剂六厂 自制 四氢呋喃常含有少量水分及过氧化物。如要制得无水四氢呋喃，可用氢化 铝锂在隔绝潮气下回流( 通常1 0 0 0 m l 约需2 - 一4 9 氢化铝锂) 除去其中的水和过 氧化物，然后蒸馏，收集6 6 。c 的馏分( 蒸馏时不要蒸干，剩余少量残液时即倒 出) 。精制后的液体加入钠丝并应在氮气中保存。处理四氢呋喃时，应先用小量 进行试验，在确定其中只有少量水和过氧化物，作用不致过于激烈时，方可进 行纯化。四氢呋喃中的过氧化物可用酸化的碘化钾溶液来检验。如过氧化物较 多，应另行处理为宜。 2 乙腈的纯化处理 每1 0 0 0 m d 分析纯的乙腈中加入混合研细的3 6 9 高锰酸钾和2 8 9 无水碳酸钾， 加热回流1 2 h ，冷却，滤入装有混合研细的1 8 9 高锰酸钾和1 4 9 无水碳酸钾粉末 的三口瓶中，通氮气回流2 h ，在氮气保护下蒸出，用装有1 0 9 五氧化二磷的三 2 8 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 口瓶收集，氮气保护下回流4 5 h 后蒸出，弃去少量前馏分，用装有1 0 9 五氧 化二磷的三口瓶收集，在氮气保护下精馏，收集8 1 左右的馏分，所得无水无 氧乙腈密封储存备用。 二2 g c a 2 样品的合成 ( 一) 胆酸中间体的合成 “努 图2 1 4 胆酸中间体的合成 将4 0 9 9 胆酸( 1 0 m m 0 1 ) 溶于8 0 m lt 耶和2 0 m l 乙腈中，再加入1 3 9 9 n 一 羟基琥珀酰亚胺( 1 2 0 m m 0 1 ) 磁力搅拌形成溶液；将2 0 6 9d c c ( 1 0 m m 0 1 ) 溶 于4 0 m lt h f ，形成溶液；将配制好的d c c 的t h f 溶液在1 0 - - 1 5 c 条件下缓慢 逐滴加入到胆酸和n 一羟基琥珀酰亚胺混合溶液中，滴加完毕后，常温搅拌反应 1 8 h 。反应毕，将反应混合液抽滤，所得滤液在3 0 * ( 2 条件下减压旋蒸除去溶剂 t h f 和乙腈，所得固体以乙酸乙酯溶解，再抽滤。所得滤液依次用饱和食盐水、 饱和碳酸氢钠溶液、饱和食盐水洗，取上层溶液以无水硫酸钠干燥过夜。将用 干燥剂干燥的c a n h s 过滤，旋蒸得干燥的粗产品5 0 5 9 ，以少量t 耶溶解， 形成溶液，准备用于柱色谱提纯。 装柱：以石油醚：丙酮( v ：v ) = 1 ：1 5 配成展开剂。在柱底部塞- d , 团棉 花，然后注入柱高1 4 的展开剂，打开底部阀门，使其以6 0 滴分钟的速度匀 速流出。用展开剂将硅胶调成糊，然后将其注入柱子，不断用橡皮棒敲打柱身， 使硅胶填实。然后在其表面加上一层薄薄的石英砂，装柱时要保证硅胶始终浸 泡在展开剂中，使展开剂液面高于石英砂。 将展开剂放至与石英砂面平齐，关闭下阀，沿柱壁加入适量粗c a n h s 的 2 9 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 t 耶溶液，打开下阀，将液面放至与石英砂面平齐，关闭阀门。加入少量t 耶， 将柱壁残留的样品洗脱下去，再打开阀门，至液面与石英砂面平齐，再加入大 量的洗脱液( 展开剂) 淋洗，收集r f 0 6 9 的液体，减压旋蒸除去溶剂，得干燥 纯净的c a n h s 约3 1 9 ，产率约为6 0 9 6 。 ( 二) p a m a m 胆酸衍生物的合成 2 o gp a m a m +2 c a n h s n h 2 j 州一斟 李。 n 1 n 沪 l 2 n f 。驴n h 矿n 咯n r j n n l ：r 村硌，。分对眦 太o n h 2h 2 n 、 2 g c a 2 图2 1 5p a m a m 胆酸衍生物的合成 将0 9 7 92 0 gp a m a m 溶于1 6 m l 甲醇，得到p a m a m 甲醇溶液；将0 6 8 7 9 c a - n h s 溶于8 m l 无水甲醇，得到c a n h s 甲醇溶液；将c a n h s 甲醇溶液缓 慢滴加到p a m a m 甲醇溶液中，t l c 监测反应进程，室温反应4 8 h 。 将反应好的2 g c a 2 甲醇溶液装入2 0 0 0 透析袋用无水甲醇进行透析，前三 次每半小时换一次甲醇，第四次间隔一个小时换甲醇，最后一次用甲醇透析两 小时。 透析结束后，将透析袋内的液体转移至圆底烧瓶内旋蒸除去溶剂，真空干 燥得到白色固体1 3 2 9 ，熔点1 0 9 - 1 1 0 ，产率8 7 9 。 3 0 h 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 三2 g c a 2 的表征 ( 一)1 h - n m r 表征 5 04 0 3 o2 010 哪1 1 1 ) 、n h 2h 2 7 h 2 n a 如& 芦n 1 n pc 吟n 甬 j n c 2 n 已 r “硌。祭娃呲 ，、 n h 2 h 2 n 图2 1 62 g c a 2 的1 h - n m r 3 1 4 0 1 0 o 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 对2 g c a 2 产物进行了1 h - n m r 表征，结果如图2 1 6 所示：3b h 、7b - h 、 1 2b h 各2 个，共6 个；3 处峰是如图所示分子中里层乙二胺分子的亚甲基上 的8 个氢；1 、5 处峰是分子中丙烯酸甲酯与氮原子相连的亚甲基上的2 4 个氢； c 1 、c 2 、4 处峰是乙二胺核亚甲基上的氢以及如图所示跟乙二胺的一个氮原子 相连的亚甲基上的氢共1 2 个：2 、6 处峰是分子中丙烯酸甲酯与羰基相连的亚甲 基上的氢共2 4 个。以上所描述的几组峰的峰面积积分比为1 ：1 ：1 ：4 ：1 2 ：6 ：1 2 。 通过对各个峰的指认，证明了所合成的目标分子符合设计要求。 ( 二)产物电位滴定分析 图2 1 72 0 c a 2 电位滴定结果 用电子分析天平准确称取2 g c a 2 样品0 0 8 8 5 9 于小烧杯中，加入适量的稀 盐酸，使溶液的p h 稳定在2 o 左右；用浓度为c 1 = 0 0 9 0 5 m o l l 的n a o h 溶液 进行反滴定，滴定结果如图2 1 7 所示。在p h = 4 1 1 时，出现第一个等电点，此 时消耗n a o h 溶液体积v 。= 3 1 0 i i l l ；在p h = 7 6 2 时，出现第二个等电点，此时 消耗n a o h 溶液体积v ：= 4 9 6 m l ；在p h = 1 0 4 时，出现第三个等电点，此时消 耗n a o h 溶液体积v 。= 7 0 5 叫。 按照前面描述的方法计算伯氨基数目为4 7 1 。产物分子中伯胺基和叔胺基 的比例为1 1 ：1 ，将其和理论结构中两者的比例( 理论值为1 ：1 ) 进行对比， 3 2 第二章p a m a m 胆酸衍生物的台成及袁征 比值接近，说明得到的产物分子结构和理论分子结构接近。可见，实验值与理 论值非常吻合。表明本实验合成的2 g c a 2 产物分子结构符合设计要求。 ( 三)元素分析 对2 g c a 2 产物进行元素分析( 表2i ) ，以进一步表征合成产物的结构。 与理论值相比，产物的c 、n 元素含量偏低，而h 元素含量偏高，这主要是 因为产物中痕量的甲醇干扰所致。总的来看，测量数据和计算数据相符合，说 明产物分子元素组成与理论分子元素组成相符。 表212 g c a 2 样品产物的元素分析数据 名称分子式c ( )h ( )n ( ) 计算值测量值计算值测量值计算值测量值 2 g c a 2 c 】1 0 l 阱0 5 9 7 65 7 2 09 3 09 6 11 64 71 40 6 ( 四) 2 g c a 2m a l d i t o f 数据 图2 蝎2 g c a 2 分子的m a l d i t o p m s 谱圉 第二章p a m a m 胆酸衍生物的合成及表征 如图2 1 8 ，2 g c a 2 通过m a l d i t o f 发现了 m + n a + = 2 2 3 3 5 6 3 和 m + h + = 2 211 5 8 6 的峰值( c 。h ：。n 。o 邪，m z 计算值为 m + n a + = 2 2 3 3 5 6 和 m + h + = 2 2 1 1 5 8 5 ) ，证明所合成的2 c , c a 2 分子符合设计要求。 以上采用多种手段对本实验合成的p a m a m 树枝状分子胆酸衍生物进行了 表征，分析结果表明产物分子的结构符合设计要求。 3 4 第三章p a m a m 胆酸衍生物聚集性能测定 第三章p a m a m 胆酸衍生物聚集性能测定 3 1 1 引言 第一节p a m a m 胆酸衍生物水溶液电导实验 由具有明显“两亲 性质的分子( 同一分子中既有亲油部分，又有亲水部 分) 组成的物质称为表面活性剂，如肥皂和各种合成洗涤剂等。表面活性剂分 子都是由极性部分和非极性部分组成，若按离子类型分类，可分为三大类：( 1 ) 阴离子型表面活性剂，如羧酸盐 肥皂，c 。，h 。；c o o n a 、烷基硫酸盐 十二烷基 硫酸钠，c h 。( c h ：) 。s o 。n a 、烷基磺酸盐 十二烷基苯磺酸钠， c h 。( c h ：) 。，c 。h j s o 。n a 等；( 2 ) 阳离子型表面活性剂，多为铵盐，如十二烷基二 甲基叔胺 r n ( c h 。) ：h c l ；( 3 ) 非离子型表面活性剂，如聚氧乙烯类 r o 一( c h ：c h ：o 一) 。一h 。 表面活性剂进入水中，在低浓度时呈分子状态，并且三三两两地把亲油基 团靠拢而分散在水中。当溶液浓度加大到一定程度时，许多表面活性物质的分 子立刻结合成很大的基团，形成“胶束 。以胶束形式存在于水中的表面活性物 质是比较稳定的。表面活性物质在水中形成胶束所需的最低浓度称为临界胶束 浓度( c r i t i c a lm i c e l l ec o n c e n t r a t i o n ) ，以c m c 表示。在c m c 点上，由于溶液的 结构改变导致其物理性质一电导同浓度的关系曲线出现明显转折，这就是本实 验测定c m c 的实验依据，也是表面活性剂的一个重要特征。 本实验利用d d s i i a 型电导率仪测定了不同浓度的p a m a m 胆酸衍生物 2 g c a 2 分子水溶液电导值( 也可换算成摩尔电导率) ，并作电导值( 或摩尔电导 率) 与浓度的关系图，从图中转折点即可求得临界胶束浓度。 第三章p a m a m 胆酸衍生物聚集性能测定 3 1 2 实验部分及结果与讨论 一仪器与试剂 ( 一)仪器 电子分析天平赛多利斯科学仪器( 北京) 有限公司 高功率数控超声波清洗仪 昆山市超声仪器有限公司k q 一2 0 0 k d e 型 恒温水浴摇床江苏太仓市实验设备厂d s h z 一3 0 0 型 电导率仪上海雷磁仪器厂d d s - i ia 型 ( 二) 试剂 2 g c a 2 自制 超纯水自制 氯化钾 分析纯天津市化学试剂六厂 二 实验操作 ( 一) 2 g c a 2 样品超纯水溶液配制 将所合成的2 g c a 2 样品配制成一系列浓度的超纯水溶液样品，分别为： 0 0 0 2 、0 0 2 、0 2 、0 4 、