（应用化学专业论文）壳寡糖基聚合物的合成与应用研究.pdf

广_ | ! ! i 火学硕二f ：学位论文党寡糖基聚合物的合成与应州的研究 壳寡糖基聚合物的合成与应用研究 摘要 本文进行了在6 。c oy 射线辐射条件下壳寡糖基聚合物的合成及其应用 的研究工作。到目前为止，还未见该研究的相关报道，这就意昧着在”c o y 射线辐射条件下壳寡糖基聚合物的合成与应用是一个新的研究课题。 本文以壳聚糖为基本原料，利用纤维素酶降解和。c oy 射线降解壳聚 糖制备壳寡糖。根据分子量3 0 0 0 的壳寡糖标准样品在乙醇一水体系中的 、 溶解度曲线，提取分子量3 0 0 0 左右范围较窄的壳寡糖，作为合成壳寡糖 。，基聚合物的原料。 在”c oy 射线辐射条件下，合成壳寡糖基聚合物( 包括水溶性良好的 壳寡糖基聚合物、对p h 值具有敏感性应答的水凝胶形式的壳寡糖基聚合 物) 。不同配比( 壳寡糖g 丙烯酸m i ) 1 ：1 、1 ：2 、1 ：3 、1 ：4 、1 ：5 的溶液 经辐射2 小时，制备( 水溶性良好的) 壳寡糖基聚合物，纯化后，用凝胶 色谱法测定其分子量分布各为：m n = 2 7 7 6 5 ，m 、v = 7 3 7 7 4 ，m w m 抽= 2 6 5 7 1 0 ：m n = 2 0 6 4 1 0 ，m w = 4 0 3 4 9 9 ，m w m n = 1 9 5 4 8 4 ；m n = 6 2 1 4 4 ， m w = 1 6 5 6 4 7 ，m w m n = 2 6 6 5 5 5 ；m n = 8 4 1 4 1 ，m w = 2 9 0 8 7 8 ，m w m n = 3 4 5 7 0 2 ：m n = 8 8 5 5 3 ，m w = 3 0 2 1 6 4 ，m w m n = 3 4 1 2 2 6 。接枝率各为：8 7 、 5 6 7 、5 7 3 、5 7 0 、5 6 3 。枝接效率各为：6 6 ；9 3 ；9 2 ；7 9 ； 、。 8 2 。 用红外光谱、1 3 c n m r 对壳寡糖基聚合物进行了表征，并推测了壳 广西大学硕 ：学位论文壳寡糖基聚合物的合成与应川的研究 寡糖基聚合物的分子结构式。 根据红外光谱、b c 一r 谱、6 0 c ov 射线与物质的三种作用形式以及 合成壳寡糖基聚合物的原料，利用分子轨道理论和各种效应，阐述了壳寡 糖基聚合物的合成反应机理，并推测了壳寡糖与丙烯酸的接枝共聚方式。 根据水凝胶形式的壳寡糖基聚合物对p h 值的敏感性应答，模拟胃液、 肠液，做控制药物缓释的载体试验，结果表明在模拟胃液中缓释药剂的释 放率比较低，6 小时内释放率最高为2 1 4 0 ；在模拟肠液中释放率比较 高，9 小时内释放率最高为9 6 8 0 。 根据水溶- 陛良好的壳寡糖基聚合物具有良好的成膜性，进行芒果常温 保鲜试验。结果表明l 2 的壳寡糖基聚合物溶液的浓度为最佳，常温 ，保鲜芒果1 7 天以后，好果率能够达到8 1 9 l ，是一种很有潜力的生 物保鲜剂。 关键词：y 射线辐射纤维素酶壳聚糖降解壳寡糖壳寡糖基聚合 物保鲜药物缓释 j 西大学硕j i ：学位论文壳寡糖基聚合物的合成与应用的研究 as t u d y0 fp r e p a r a t i o na n d a p p l l c a t l 0 n o ft h e c h i t o o l i g o s a c c h a r i d e b a s e dp o l y m e r a b s t r a c t 】nt h i sd i s s e r t a t i o n ，as t u d yo f p r e p a r a t i o na n da p p l i c a t i o no f t h ec h i t o o l i g o s a c c h a r i d e b a s e dp o l y m e rs y n t h e s i z e d b y6 0 c oy r a yi r r a d i a t i o nt e c l l l l i q u ew a s m a d e t h el e a n l e dr 印o r to nt h es c i e n t i f i cr e s e a r c hc o n c e m e dw a sn o tm a d ey e t t h em a i nw o r kw a ss 啪m a r i z e di nt h ef o l l o w i n gs t a t e m e n t s ： s t u d i e so nt 1 1 ed e p o l y m e r i z a t i o no fc h i t o s a nb yc e l l u l a s ea sw e u a s6 0 c oy r a yi r r a d i a t i o nf o rp r e p a r a t i o no fc h i t o o l i g o s a c c h a r i d e a c c o r d i n gt ot h e c u r v e o f s o l u b i l i t y o fc h i t o o l - g o s a c c h a r i d ew i t h3 0 0 0m o l e c u l a rw e i g h ta n d n a r r o w e rr a n g e ， c h i t o 0 1 i g o s a c c h a r i d e w a sp u r i f i e df b rp r e p a r a t i o no ft h e c h i t o 0 1 i g o s a c c h a r i d e b a s e dp 0 1 y m e rs y n t h e s i z e db y 6 0 c o y r a y i n a d i a t i o n t e c h n i q u e c h i t o 0 1 i g o s a c c h a r i d e - b a s e dp o l y l n e r ( w h i c hi n c l u d e dr e s o l v a b l ep 0 1 y m e ra s w e l la sh y d r o g e lo ft h ep o l y m e rw i t har e s p o n s i v en a t u r et op h ) w a ss y n t h e s i z e d b y6 0 c oy r a yi r r a d i a t i o nt e c h n i q u e t h ed i s t r i b u t i o no f1 1 1 0 1 e c u l a rw e i g h to f r e s 0 1 v a b l ep 0 1 y m e rw a sd e t e m l i n e db yg p ca n dt h ei e s u l t s a r ea sf o l l o w s ： ! ：堕查堂堡堂笪笙奎! 塞塞鲨茎鍪全塑塑鱼垡兰堕型塑婴壅! 一 m n = 2 7 7 6 5 ，m w = 7 3 7 7 4 ，m w m n = 2 6 5 7 1 0 ；m n = 2 0 6 4 1 0 ，m w 2 4 0 3 4 9 9 ， m w ，m n = 1 9 5 4 8 4 ；m n = 6 2 1 4 4 ，m w = 1 6 5 6 4 7 ，m w m n = 2 6 6 5 5 5 ：m n 2 8 4 1 4 1 m w = 2 9 0 8 7 8 ，m w m n = 3 4 5 7 0 2 ；m n = 8 8 5 5 3 ，m w = 3 0 2 1 6 4 ，m w m n 2 3 4 1 2 2 6 t h eg r a 矗r a t i ow e r ec a l c u l a t e da n dt h er e s u l t sa r ea sf 0 1 l o w s ：8 7 、5 6 7 、 5 7 3 、5 7 0 、5 6 3 t h eg r a re m c i e n c yw e r ec a l c u l a t e da n dt h er e s u l t sa r ea s f o l l o w s ：6 6 、9 3 、9 2 、7 9 、8 2 t h ec h e m i c a ls t r u c t u r eo ft h ec h i t o o l i g o s a c c h 撕d e - b a s e dp 0 1 y m e rw a s c h a r a c t e r i z e dw i t ht h ea i d so ff t - i ra n d1 3 c n i rs p e c t r o s c o p y t h ec h e m i c a l s t m c t u r a lf o n l l u l ao ft h ep o l y m e rw a sd e d u c e d b a s e do nt i l et h e o r vo fm r e e 妯n d so fr e a c t i o nb e t w e e ny - p h o t o n sa n d m o l e c u l a ro r b i t a l ( p h o t o e l e c t r i ce 日e c t ，c o m p t o ne f f e c t ，a n d e l e c t r o n p a i r p r o d u c t i o n ) ，t 1 1 et l l e o r yo fe l e c t r o n i ce f r e c ta n d s p a t i a le f f e c ta sw e l la sa l l y l c o m p l e x m e c h a n i s m ，a n dm o l e c u l a r o r b i t a l t h e o 吼t h e m e c h a n i s mo f s y n t h e s i z i n gc h i t o o l i g o s a c c h a r i d e b a s e dp o l y m e rw a se x p o u n d b a s e do nt h eh y d r o g e lo fc h i t o o l j g o s a c c h a r i d e b a s e dp o l y m e rw i t hah i g h l y s e n s i t i v e l yr e s p o n s i v en a t u r et op h ，c o n t r o l l e dr e l e a s e de x p e r i m e n tw h i c h e x a c t l vm e td e s i r a b l ed e m a n dh a v e b e e nd o n ei na r t i f i c i a lg a s t r i cj u i c ea sw e l la s i ni n t e s t i n a lj u i c e t h er e s u l ti st h a tt h ec u m u l a t i v er e l e a s ep e r c e n t a g ei s21 4 0 a r e r6 hi na r t i f i c i a lg a s ”i cj u i c ea n d9 6 8 0 a f t e r9 hi na r t i f i c i a l i n t e s t i n a l j u i c e ，r e s p e c t i v e l y b a s e do nt h ea r t i f i c i a lp o l y l l l e r i cp o r em e l l l b r a n ew i t hp e c u l i a r l yf l i n c t i o n a l p o r ed i a m e t e r ，e x p e r i m e n tf l o rp r e s e r v a t i o no f1 1 1 a n g oh a sb e e nd o n e t h e 1 e s l l l t v 堕查堂堡主堂堡笙壅! 壹塞整苎窭垒塑塑鱼盛兰堕出塑塑塞! 一 s h o w e dt h a t1 2 ( w w ) o fc h i t o o l i g o s a c c h a r i d e _ b a s e dp o l y m e rs 0 1 u t i o n ，a s p o t e n t i a lb i o l o g i c a la g e n tf o rp r e s e r v a t i o n ，w a sp r o v e dt o b et h em o s t e f f e c t i v ef o rp r e s e r v a t i o no f m a n g o t h ep o l y m e rs o l u t i o nc a nk e e pt h e8 1 9 l o f t h ep r e s e r v e dm a n g of r e s hf o r1 7d a y s k e yw o r d s ： y r a y i r r a d i a t i o nc e l l u l a s e c h i t o s a n d e p o l y m e r i z a t i o n c h i t o o l i g o s a c c h a r i d e c h i t o o l i g o s a c c h a r i d e b a s e dp o l y m e r p r e s e n ，a t i o n c o n t r o l l e dr e l e a s e v 广西大学硕士学位论文壳寡糖基聚合物的合成与应川的研究 第一章文献综述及本论文概要 1 1 甲壳素、壳聚糖、壳寡糖的概念及其结构式 1 8 1 1 年，法国一位研究自然科学史的h b r a c o n n o t 教授，用温热的稀碱溶液反复 处理蘑菇，最后得到一些纤维素状的白色残渣，他认为从蘑菇中得到了纤维素，并把这 种来自蘑菇的纤维素称之为f u n g i n e ，意既真菌纤维素。 1 8 2 3 年，又一位法国科学家a 0 d i e r 从甲壳类昆虫的翅鞘中分离出同样的物质， 他认为此物质是一种新型的纤维素，便命名为c h i t i n 。 f u l l g i n e 和c h i t m 指的就是我们现在所说的甲壳素， c 2 0 c h 3 o c 。0 c h 3 其结构式如图1 一l 所示 车h 3 c ：o 图卜1 甲壳素的结构式 f i g u r e 卜l s t r u c t u r e o fc h j t i n 现在已经发现甲壳素广泛存在于以下生物体中：节肢动物、软体动物、环节动物、 原生动物、腔肠动物、海藻、真菌和动物的结缔组织。 1 8 5 9 年，法国人c r o u g e t 将甲壳素浸泡在浓氢氧化钾溶液中煮沸一段时间，取出 沈净后发现可溶于有机酸中：1 8 9 4 年，f h o p p e 卜s e i l e r 确认这种产物是脱掉了部分乙酰 基的甲壳素，并把它命名为c h i t o s a n 。c h i t o s a n 便是我们所况的壳聚糖，是甲壳素的脱 乙酰基产物。 。 汀pi_ 母一 心幻c i u l双。 肛恬 江i_ 国一 ! ：堕；i ! ! ；堂堡：! = 堂垡丝塞! 塞塞塑苎壅鱼塑堕鱼堕兰堕! ! 堕塑堑! c h 3 。嗣 * 嘲。 图1 2 f j g u r e 卜2 n + m s 2 0 c h 3 图卜3 壳寡糖的结构式 f i g u r e 卜3 s t r u c t u r eo fc h i t o o l i g o s a c c h a r i d e 甲壳素、壳聚糖、壳聚糖的环上具有氨基、羟基等化学活泼官能团，可以进行修饰 改性。 1 2 壳聚糖基聚合物的概念、壳聚糖基聚合物的合成进展 1 2 1 壳聚糖基聚合物的概念 在壳聚糖修饰改性的反应中，有一类反应的改性产物是烯类的聚合链以某种方式接 枝到壳聚糖分子链上而形成的高分子聚合物。这类高分子聚合物称为壳聚糖基聚合物。 12 2 壳聚糖基聚合物研究的进展情况 甲壳素是自然界中在数量上仅次于纤维素的第二大生物衍生资源。壳聚糖是甲壳素 广西大学硕： ：学位论文壳寡糖基聚合物的合成与应川的研究 - _ _ _ _ _ _ - _ _ - - - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ - _ - _ 一 的脱乙酰基产物，是自然界中唯一的碱性多糖。壳聚糖由于侧链含有氨基、羟基等活 泼性的官能团，易于进行化学修饰改性，从而扩大其应用范围“1 。接枝共聚是壳聚糖修 饰改性的重要方法之一，它可以通过引入高分子侧链赋予壳聚糖某些新的性能。壳聚糖 的接枝共聚改性反应主要有两条途径：( 1 ) 在壳聚糖高分子的骨架上产生大分子自山基 进而引发另一种单体聚合；( 2 ) 通壳聚糖分子链上的活泼性官能团与其它的聚合物分子 链偶合。本章旨在对各种壳聚糖基聚合物的合成进展、机理以及产物的性能等进行介绍。 壳聚糖基聚合物的合成进展综述如下： 通过引发剂引发、光引发或热引发等方式在壳聚糖的分子链上产生自由基，可以引 发乙烯基单体进行接枝共聚反应，合成壳聚糖基聚合物。 目前研究较多是以硝酸铈铵( c a n ) 等c e ”盐引发壳聚糖与乙烯基单体接枝共聚。l iw ”1 等以小分子醇胺类化合物为壳聚糖模型，通过动力学研究和聚合物链结构分析，建立了 c e ”引发壳聚糖与乙烯基单体接枝共聚的机理：c e 4 + 先与其分子中的c ：一n h 和c 。一0 h 形成一 个络合的环状中间体，接着c ：和c ，之间的键断裂，在c 。处产生自由基；4 0 时，所形成的 自由基进一步被c e ”氧化形成羰基自由基引发乙烯基单体聚合：在9 0 时，除了上述反 应外，c ：位置的一c h = n h 被水解生成醛基，进一步氧化又生成一个羰基自由基从而以同样 的方式引发聚合反应。张国栋和冯新德等“1 以与壳聚糖链节结构更类似的苄胺葡氨糖苷 为模型化合物，甲基丙烯酸甲酯( m m a ) 为乙烯基单体模型，通过动力学研究，快速原子 轰击质谱( f a b m s ) 和拉曼光谱表征等方法进一步验证了上述机理。 l 。列ir 。等嘲以1 m 硝酸溶液为介质，以硝酸铈铵c a n 引发m m a 与。一甲壳素接枝共聚， 当接枝率达到6 0 0 以上时，产物在d m f 中有很好的溶胀性能，溶胀后变成凝胶状物，产 物在甲乙酮、氯仿、丙酮、甲苯和二甲基乙酰胺氯化锂中也有很好的溶胀性能。在同 样的体系中采用b 一甲壳素进行接枝共聚反应。x 射线衍射的表征表明：在接枝率较低的 情况下，接枝共聚主要发生在b 一甲壳素的无定形区和0 1 0 晶面；当接枝率高于2 6 0 时， 0 1 0 晶面的衍射峰消失，这表明通过接枝共聚使b 一甲壳素的晶区变成了无定形状态。而 对。一甲壳索，即使接枝率超过6 2 0 ，其晶区也没有明显的变化。由于接枝过程中品区 变化的差别，a 一甲壳素接枝产物的吸湿性随接枝率的增加而线性增加，b 甲壳素也 呈现这种变化趋势，但接枝率在2 4 0 2 6 0 时由于晶区的破坏吸湿性发生突跃。 曹丽云等“。”对n 2 保护下硝酸铈铵( c a n ) 引发c t s 与丙烯酰胺( a m ) 的接枝共 聚反应详细的研究，并将之作为造纸增强、助留剂应用于麦草、针叶木混合浆料中。且 探讨了其增强机理：此共聚物对纸张纤维本身强度影响不大，但因助剂分予巾的氨拱和 广两大学硕士学位论文壳寡糖基聚合物的合成与应_ i _ l j 的研究 纤维表面的羧基间以牢固的离子键结合，同时也增强了纤维问原有的氢键的结合，增加 纤维问的结合面积和结合强度，获得了较好的效梁。 s h a n t h a 等”1 以c a n 引发丙烯酸( a a ) 和甲基丙烯酸( m a a ) 与壳聚糖接枝共聚，可获得较 高的接枝效率并只有少量均聚物产生。通过聚合物分散技术将接枝共聚产物制成微球， 将抗菌剂s a l p h a d i a z i n e 包入微球，在模拟的胃液和肠液中，微球对药物有不同程度的 缓释效果。该接枝共聚产物可作为缓释药物的载体。k u r i t a 等“”以c e ”引发丙烯酰胺( a m ) 和从等对脱乙酰度为1 0 的甲壳紊进行接枝共聚改性，a m 的最高接枝率可达到2 4 0 ， 而a 也可以达到2 0 0 。接枝共聚产物在二氯乙酸和o 1 m o l l 的氢氧化钠中能发生溶 胀，与甲壳素相比，产物吸湿性有很大的改善，而甲壳索一g p 从吸湿性能最为优异。 k i m 等1 以c e ”引发n 一异丙烯酰胺( n i p 从m ) 与脱乙酰度为7 6 的壳聚糖接枝共聚， 在n i p a a m 的浓度为o 5 m ，c a n 浓度为2 l o 、i m 时，2 5 下反应2 h 可达到最大接枝率4 8 。 j u n g 等“”将单( 2 一甲基丙烯酰基乙氧基) 磷酸酯( m a p ) 和乙烯基磺酸钠( v s s ) 两种水溶性 阴离子单体通过c e ”引发与脱乙酰度为7 0 和9 0 的壳聚糖接枝共聚，产物具有两性表 面活性剂的性质，具有一定的抗菌性能，并在p h 为5 7 5 时达到最优。张志雄等人“”用c a n 的氧化还原引发剂研究了不同聚合反应条件下c t s 接枝亲水性的甲基丙烯酸羟乙酯 ( h e m a ) 的反应规律，他们所得材料的亲水性明显改善、吸水率也增加。 p a r k 和k a n g 等3 将表氯醇交联的壳聚糖在c a n 的引发下与a n 接枝共聚，再通过羟胺 与氰基反应，制得偕胺肟化壳聚糖一g p a n 。产物对c u “、p b ”、z n 2 + 和c 矿等都有很好 的吸附性能，且吸附能力随p h 值和p a n 接枝率的变化而变化。随p h 值的增加，解吸能力 逐渐增加。接枝共聚改性产物可作为吸附剂从海水和废水中提取金属离子。 彭湘红等“以c a n e d t a 共引发体系引发壳聚糖与姒a 接枝共聚，并以接枝共聚物为 载体制备了药物非诺落芬钙缓释片剂，该片剂在人工肠液中有一定的缓释效果。 过硫酸盐如过硫酸钟( k p s ) 和过硫酸铵( a p s ) 等是一类常用的过氧类引发剂。 y a z d a n i p e d r a m 等“”以k p s 为引发剂，在2 的醋酸溶液中使n 一2 一乙烯基一2 一吡咯烷酮与 壳聚糖进行均相接枝共聚，最大接枝率可达到2 9 0 ，由于聚乙烯基吡咯烷酮链端自由 基的偶合终止以及分子中氢键的作用，产物发生部分交联，溶解度降低。共聚物吸附铜 离子后，由于络合作用破坏了分子内和分子问氢键作用，可以在稀酸溶液中完全溶解。 s l l n 等“”以羧甲基壳聚糖与m 从在 p s 的引发下进行均棚接枝共聚，i = | = 于羧甲基壳聚糖良 好的水溶性，在一定条件下产物的最大接枝率可达到1 9 0 0 。巫拱生“”k ：s ! o r n a h s o ：。 引发甲基丙烯酸甲酯( m m a ) 、丙烯酸乙酯与c 7 r s 的接枝共聚反应研究了反应条件和棚应 广西火学硕： = 学位论文壳寡糖基聚合物的合成与应州的研究 的反应机理，得到m m a 与c 1 s 的接枝共聚物及其改性产物对a u 、i ，t 、c r 、c d 等金属离 子有较好的吸附，可用作很好的吸附剂，e a 与c t s 的接枝物则有望作成强度、弹性均 较好的膜材。 h s u 等通过k p s 引发m m a 与壳聚糖接枝共聚时溶液粘度显著降低的现缘，认为接枝 共聚遵循如下引发机理“”：首先，在加热情况下s 2 0 8 2 分解成s 0 2 并被壳聚糖的氨基阳 离子吸引；由于自由基与吡喃环的c 4 接近，夺取c 4 位置的氢原子并将自由基转移给c 4 ， 从而导致壳聚糖主链上c 0 c 键的断裂，壳聚糖分解成为两部分：一部分含有端羰基， 而另一部分在断开位置含有自由基，产生的大分子自由基可进一步引发单体聚合。可见， k p s 在反应中不仅作为引发剂，而且可使壳聚糖的分子链降解。在反应过程中壳聚糖不 仅是反应物，而且作为表面活性剂来加速反应的进行。但主链断丌形成的端羰基部分也 可使自由基终止而抑制反应；同时，如果壳聚糖的降解程度较大，带负电荷的s 。仉2 和s 0 ，一 很容易被带正电荷的壳聚糖链段包围，产生“笼蔽效应”，降低了反应速率。x i e 。”等 在水溶液中以( n h ) ：s 。吼引发羟基丙基壳聚糖( h p c t s ) 和马来酸钠( m a s ) 接枝，接枝 率高且在不同p h 条件下有很好的水溶性，因为有强的相容性和两亲结构而能发挥很好 的灭菌作用，其抗氧化性和抗癌活性有着潜在的应用前景。s u n “”等发现在( n h 。) ：s ：0 8 引 发下羧甲基壳聚糖很容易与甲基丙烯酸接枝共聚，而且产物的水溶性大大提高。 a b d u e lm a i i dk n a j a r 等“”以稀醋酸溶液为反应介质，以k p s 引发壳聚糖与2 一丙烯 酰胺一2 一甲基丙磺酸( a m p s 均相接枝共聚，提出如图2 所示的引发机理。反应在适当条件 下可达到最大接枝率1 8 0 。b e r k o v i c h 等。1 将顺式丁烯二酸酐酰化的c t s 在k o h 溶液 中用( n h 。) ：s 。o 。( a p s ) 引发与丙烯酰胺( a m ) 接枝共聚，产物在酸和碱溶液中稳定，干 燥后为透明白色孔粉末，在水中高度溶胀( 体积增大2 0 1 5 0 倍) ，所得溶胶保持了高 度机械力性能。 丘坤元等“”“以k p s 引发不同脱乙酰度的壳聚糖及n 一取代壳聚糖与m 凇的接枝共聚反 应进行了研究。 魏德卿等“”以k 。s ：o 。和n a h s o 沩共引发剂，以十二烷基苯磺酸钠为乳化剂，使壳聚船 与丙烯酸丁酯进行乳液接枝共聚。 f e n t o n 试剂( f e “一儿0 ：) 通过f e “和h ：o ：的相互作用产生氢氧自由基，进而引发聚合反 应，引发机理参见”。通过控制 f e ” ： h ：0 j 可使接枝共聚达到最优结果。l 。a g o s 等” 采用f e n t o n 试剂引发m m a 与壳聚糖接枝共聚，当 i ：。9 ：i ? o 为6 ：1 0 0 0 时达到最大接枝率。 袁春桃等”以n h ! o h l c 1 一1 0 ：为引发剂，使c t s 与a n 接枝共聚合，利用正交实验 广i ! i 大学硕士学位论文壳寡糖基聚合物的合成与应刚的研究 设计法研究了c r s 与引发剂的配比、c t s 与a n 的配比、反应时间及反应温度对接枝率 和接枝效率的影响。 彭长宏等。则以c t s 为基体经环氧氯丙烷交联制得水不溶性交联壳聚糖( c c t s ) 再 用上述引发剂将a n 单体接枝到c c t s 分子骨架上，皂化后产物中的吡哺苷六元环结构并 未破坏，对p d 2 + 、c d 2 + 有大吸附容量，对c d 2 + 的吸附速率大于c u 2 + ，吸附容量受p i 影 响较大。此种吸附作用机理主要是对金属离子形成螫合物，克服了c t s 本身在酸性溶液 中可被溶解而造成损失的弊端。汪玉庭等”3 ”在1 乙酸溶液中，n 2 下，也用上述引发剂 将3 一端烯丙基苯并1 5 一冠5 和4 端烯丙基苯并1 5 一冠一5 接枝到c t s 或交连壳聚糖 ( c c t s ) 上合成了4 种新型的壳聚糖冠醚，研究了它们对p d 2 + 、c u 2 + 、h 9 2 + 的静态吸附 性能，结果表明对p d 2 + 具有良好的吸附性能，并能在c u 2 + 和p d 2 + 共存下选择吸附p d 2 + 。 此类共聚物兼有壳聚糖和冠醚的双重结构特性和功能即既保持了壳聚糖成膜性好的特 点又具有冠醚化合物特有的络合选择性，为其今后的应用提供了理论依据方面的探索。 b 1 a i r 等人”研究表明：在非均相环境中，m m a 、a n 只能在c t s 的氨基上发生接枝， 产物不溶于稀酸，只有醋酸乙烯例外而且产物能溶于2 乙酸中；在均相环境中醋酸乙烯 也只能在氨基上发生接枝，产物有限地溶于稀酸。d i n g 等o ”在2 乙酸溶液( 均相条件) 中将c t s 与4 一( 6 一甲基羧丙烯己氧基) 一47 一硝基联苯接枝，发现内消旋c t s 的共聚物在 乙酸溶液中并不稳定，未延展共聚物在平面上发生光散射，共聚物的三维折射指数随在 空气中的时间而升高，但由于水的蒸 s i n g h 等。+ ”1 以等体积混合的水一甲醇为溶剂，以”c oy 射线引发羟乙基丙烯酸甲酯 ( h e m a ) 与壳聚糖接枝共聚。随接枝率的增加，共聚产物所成膜的拉仲强度降低，但热稳 定性有所改善。共聚物有较好的血液相容性。共聚物所成膜对葡萄糖有依赖于p h 值的 缓释作用。在“c oy 射线的引发下将壳聚糖与n n 一二甲基胺基乙基甲基丙烯酸酯接枝共 聚后，随着接枝率的提高，产物的拉伸强度、结晶度和膨胀率降低，但热稳定性有所改 善。a d b e 卜m o h d y 等”c 。y 射线引发v a c 与甲壳素接枝共聚，使用稀醋酸溶液为溶剂时， 由于甲壳素的少量溶解，使反应物的接触面积增大，接枝效率最高。 t a k a h a s h i 等1 以n a l 0 。将甲壳素的羟基氧化为羰基，在2 5 3 n m 低压汞灯的照射下使 m m a 与氧化甲壳素接枝共聚。由于氧化甲壳素中c = 0 的增加，其接枝率比用甲壳素接枝共 聚时要高，最高可超过15 0 。但c = o 也容易参与链终止反应，含量过高时接枝率反而下 降。删过氧化氢( p 0 ) 或偶氮二昴丁腈( t b n ) 为光敏引发剂在同样条件下进行光敏引发 接枝共聚反应，| ) o 的接枝效率高于 i b n 。两剩一光引发方法对比，光引发的转化率和表 j 商大学硕士学1 ：；) = 论文壳寡糖基聚合物的合成与应川的研究 观接枝链数大于光敏引发法。通过剥接枝产物的红外谱图的研究，认为在光照情况下由 于甲壳素c 。一n 键的断裂产生自由基而引发聚合，氧化甲壳素中羰基的存在将更有利于加 速甲壳素的光解。采用n o ：氧化甲壳素后与m m a 光引发接枝共聚，产物具有一定的离子交 换能力。 s h i g e n o 等研究了3 0 时“乜y 一射线照射下苯乙烯在水、甲醇中接枝c 1 ，s ，得出： 溶剂体系对接枝度有显著影响，在无溶剂时并不发生接枝共聚，而且c t s 的物理结构不 同也影响接枝反应；在辐射剂量范围内，接枝率有很大增加，接枝效率保持不变，总转 化率稍有增加，随反应时间的增加，接枝率明显提高，但接枝效率下降。l i u 等”。在室 温下将苯乙烯( p s ) 接枝到c t s 和c t 粉末上，接枝产率随吸收剂量增加而增加，同剂量 下前者的接枝产率更高，甲醇能促进反应，而氧却起不完全阻碍作用。反应条件影响共 聚的m w 和m w m n ，接枝p s 的m w 随吸收剂量无明显改变，但随p s 的浓度的增大而增大， 共聚物的m w m n = 1 2 ，另外p s 的m w 和m w m n 随吸收剂量和p s 的共同浓度的增大而增 大。l i 等“”在含蒙脱石( 0 删t ) 的乙酸水溶液中，y 一射线照射下将丙烯酸丁酯( b a ) 接枝到c t s 上制得纳米复合物的杂化物，表现出存储模数和t g 的提高，加入3 0 m m t 的 共聚物在机械、热和抗吸水性能上得到显著改善，在工业、农业上( 如包装膜、种子包 衣) 有很大的应用前景。 k o j i m a 等”3 3 以三正丁基硼烷( t b b ) 引发甲壳素与m m a 接枝共聚，并提出水作分散介质 时t b b 引发m m a 与甲壳素接枝共聚的自由基聚合机理。由于t b b 不是通用的引发剂，且反 应的接枝率和接枝效率都很低，因此该体系很少使用。b l a i r 等“”以偶氮二异丁腈( a i b n ) 为引发剂研究了壳聚糖与a n ，m m a ，m 从，v a c 等乙烯基单体的接枝共聚反应，但接枝率 都不是很高。p e n i c h e 等“”以过氧化苯甲酰4 一二甲胺苯甲酸共引发剂引发从与壳聚糖 进行接枝共聚，接枝率可达到2 8 0 。 在上述引发体系中，c e ”的引发效率最高，对其引发的接枝共聚反应也研究最多； 过硫酸盐、f e n t o n 试剂引发体系也有较高的引发效率；而三正丁基硼烷、偶氮二异丁腈 等引发体系的引发效率较低，较少使用；光引发、热引发的接枝共聚反应则主要在纤维 的表面进行。 甲壳素的离子引发接枝多见于”“”，比如：碘代甲壳素与苯乙烯以阳离子引发 接枝聚合。d i n g 等 5 1 通过等离子配对反应将c 7 r s 接枝到聚l ，赖氨酸( p l l a ) 的膜表 面，并将老鼠纤维原细胞和人类肝脏( 实质) 细胞培养在此种纳米级厚度修饰膜表面上， 结果发现这种膜粘附性差，细胞很难仲展和弯成圆形，但同时自i l 胞能和在玻璃表面上 广西大学硕二 ：学位论文壳寡糖基聚合物的合成与应刚的研究 一样同速增生扩散( 这可能主要是c t s 的生物化学特性所致) 。此现蒙况明这种修饰膜 能被用来控制细胞的形态和功能，有助于弄清楚细胞在生长和分化期之问转变的机理， 使组织再生材料的设计成为可能，在未来的组织工程材料方面有着巨大的应用前景。 将对甲苯磺酰基用硫代硫酸盐取代后，可在紫外光照射下与m m a ，a n 等单体接枝共聚 5 胡 以壳聚糖主链上的氨基和羟基等反应性官能团，采用偶合的方式与其它末端带有反 应性官能团的聚合物反应是一种重要的接枝共聚改性途径。 p a r k 等”采用n 一羟基丁二酰胺( n h s ) 卜乙基一3 一( 3 一二甲胺丙基) 一碳化二亚胺( e d c ) 法活化端羧基聚乙烯基吡咯烷酮后，使其接枝到半乳糖化壳聚糖的分子链上，产物有很 好的蛋白质吸附性能和d n a 结合强度，可作为肝细胞一靶向d n a 载体。 聚乙二醇( p e g ) 是一种能够溶于水和多种溶剂中，具有良好的生物相容性和可降解 性的聚醚型高分子化合物。将甲壳素和壳聚糖与p e g 接枝共聚，可以将它们的优异性能 有效结合，产物适于用作生物医用材料。h a r r i s 等”1 通过端醛基聚乙二醇单甲醚与壳聚 糖分子链上的氨基进行希夫氏反应后，以n a b h n 还原制得了壳聚糖一g p e g 。s u g i m o t o 等。”对用这种方法制得的各种壳聚糖一g p e g 的水溶性进行了研究，几乎所有的接枝产物 在酸性情况下都可溶，甚至有些产物在中性和碱性条件下也可溶解，材料的溶解性能取 决于p e g 的分子量和取代度等，将接枝产物乙酰化后可获得水溶性的产物。m u s l i m 等”3 对采用这种方法制得的壳聚糖一g p e g 作为生物材料的活性进行了研究。p a r k 等。”用琥珀 酸活化聚乙二醇单甲醚，与半乳糖化壳聚糖进行接枝，以改善半乳糖化壳聚糖在水中的 稳定性，增强细胞渗透性，该产物是一种安全的肝细胞一靶向d n a 载体。o u c h i 等“”将端 羧基聚乙二醇单甲醚与6 一o 一三苯甲基一壳聚糖进行接枝，由于分子问氢键的相互作用， 产物在水中有自发聚集现象，在中性条件下由于自发聚集作用可包裹憎水性的n 一苯基 一卜萘胺( p n a ) ，而在酸性条件下可释放，接枝共聚物可作为药物释放的载体材料。 d o n gk w e n o 等1 将水溶性的聚乙烯醇( p v a ) 与壳聚糖接枝共聚，产物对抗癌药物泼 尼松( p e r d n i s o l o n e ) 的释放对p h 值的依赖程度比壳聚糖小，可通过控制p v a 的接枝率、 热处理和交联等方法对药物的释放进行控制。对维生素的释放行为研究也发现了类似的 规律。 三氟甲磺酸甲酯引发2 一烷基一2 一嗯唑啉进行阳离子聚合，用脱乙酰度为5 0 的甲壳 素中的氨基终i l = 活性链得到接枝共聚产物。山于聚( 2 一烷基一2 一嚅唑啉) 链的良好亲水性 和相容性，接枝共聚产物在水和有机溶剂中都有很好的溶解性能，与聚氯乙烯( p v c ) “” 广西大学硕十学位论文壳寡耱基聚合物的合成与应川的研究 和聚乙烯醇( p v ) “等有很好的可溶混性，对冷冻干燥的过氧化氢酶有分散和溶混性能， 并可大大提高酶的催化活性”“。s a c h i oy o s h i k a w a 等”以h c l z n c l 。引发异丁基乙烯基 醚( i b v e ) 活性聚合，再以壳聚糖的氨基终止活性聚合阳离子得到了壳聚糖一g 聚i b v e 。 y k p a r k 等m 1 将葡聚糖接枝到半乳糖化的壳聚糖上作为肝细胞一靶向d n a 载体。k i m 等 【6 叫在紫外光的照射下，使环氧端基聚二甲基硅氧烷与壳聚糖接枝共聚，制得了对p h 值 敏感的水凝胶。 除了上述的接枝共聚外，还有其他直接接枝的例子，比如：娄桂艳等”将c t s 与己 内酯低聚物接枝混杂，所得材料膜改善了c t s 膜的脆性，并显示出良好的降解性。s i l v a 等”1 在非均相条件下接枝聚氨基甲酸酯和c t s ( 脱乙酰度o 1 2 0 5 9 ) ，低脱乙酰度的样 品在稀释的乙酸溶液中可溶性降低但仍有成膜可能性，随接枝度的提高，接枝物则形成 胶体或变得不溶。王鹏等”、s u g i m o t o 等 将甲氧基聚乙二醇改性的醛端基与c t s 的 氨基反应生成亚胺，再还原得到接枝物c t s g p e g ，其水溶性取决于p e g 的分子重量及配 比，高分子量的c t s 更能保持住内部主骨架，将其乙酰化还可得到水溶性的c t s g p e g ， 是具有生物相容性的医用材料。魏晓红等合成了具有水溶性的c t s 和聚乙二醇( p e g ) 接枝物，经测试发现p e g 化c t s d n a 自组装复合物在h e l a 细胞体外转染率达到8 1 ，有 望成为基因转染的非病毒载体。这是因为c t s g p e g 在水溶液中由于内部分子的氢键作 用能自发产生聚集，因此可用作药物释放体系中药物的载体材料。k w e o n 等”1 合成了 c t s g p v a ( 聚乙烯醇) ，研究了不同条件含氢化泼尼松接枝物的药物释放体系，发现药 物释放量与时间的方根成正比，且为p v a 接枝率或热、交联情况所决定，但比纯c t s 更 少受p h 影响，更适于在d d s 中作药物载体。s h a n t h i 等”将聚甲基丙烯酸缩水甘油酯 接枝戊二醛交联的心包组织( g c p c ) ，其剩余的端环氧基再与c t s 反应，结果所得接枝 物能更好地分散在纤维网络中，消除了单纯的g c p c 带来的钙化作用，以用作心脏瓣膜 的替代物。y a o 等”将c t s 与l 一赖氨酸的盐真空下加热脱水，把细胞培植在所得的接枝 物上发现细胞的增长率比在c t s 上的更高，也有望用作组织工程材料。 n o r i o 等”。以m a 与水溶性壳聚糖的氨基进行迈克尔加成反应后再与乙二胺反应，将 不同代数的p a m a m 树形高分子按枝到了壳聚糖的分子链上。产物的端氨基与定分子量 的亲水性活性聚合物聚( 2 一烷基一2 l 凰唑啉) 阳离子反应后，其吸湿性大大提高；而与一 定分予量的憎水性活性聚合物聚( 异丁烯乙烯基醚) 阳离子反应后，其吸湿性大大降低。 j h a 等人 7 4 将粉状c t s 与非烯类单体n 一羧酸酐在非均相条件下进行了接枝共 聚，得到此种可称之为多糖肽的新型接枝共聚物，经红外检测无酯基吸收峰，说l i ! j 】按杖 广西大学硕士：学位论文壳寡糖基聚合物的合成与应川的研究 也只是在氨基上发生，且接枝效率随c t s 中氨基含量增加而增大。这项研究能有助于生 物医学材料的发展并且更能况明活细胞与材料表面问存在的相互作用。 1 3 壳寡糖基聚合物的概念 壳寡糖是一种低分子量的壳聚糖，壳寡糖的基本单元与壳聚糖的基本单元完全相 同。能够在壳聚糖上面进行的修饰改性反应，同样也能在壳寡糖上面进行。烯类单体聚 合链接枝到壳聚糖分子上面所形成的高分子聚合物称为壳聚糖基聚合物，烯类单体聚合 链接枝到壳寡糖分子上面所形成的高分子聚合物称为壳寡糖基聚合物。壳寡糖基聚合物 是一种新的功能特异的高分子化合物。 1 4 论文的设计思路和主要工作概要 论文的设计思路和主要工作概要如下步骤所示： ( 1 ) 以壳聚糖为基本原料，降解( 包括纤维素酶降解和6 0 c o y 射线降解) 壳聚糖 制备壳寡糖。 ( 2 )