（高分子化学与物理专业论文）含糖共聚物及水凝胶的合成及性质研究.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标明。 本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盏建丈日期：塑堡丛 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：垒建盘导师签名：日期：盈立妒 山东大学硕士学位论文 摘要 由低糖化合物衍生的糖聚合物近年来在国外一直是热门的课题之一，但是国 内对这类糖聚合物的研究较少，特别是由结构确定的含糖不饱和单体制备聚合物 的研究更是少见报道。为此，本论文设计合成结构确定的含糖结构的不饱和单体， 以此单体制备不同结构特征的含糖共聚物及水凝胶。 用葡萄糖内酯与烯丙基胺反应，制备了含糖的结构确定的不饱和单体葡萄糖 烯丙基酰胺单体( a a g ) ，以此单体用过硫酸钾( k p s ) 四甲基乙二胺( t m e d a ) 引发其 与丙烯酰胺( a m ) 在水中的自由基共聚合反应，得到含糖的共聚物 p o l y ( a m c o a a g ) 。单体及共聚物的结构用i r 、1 h - n m r 进行了表征，用t g a 研究 ， 了聚合物的热稳定性。探讨了各种反应条件，如引发剂浓度、温度、p h 、单体的 配比等对共聚合反应的影响。结果表明，在k p s 和t m e d a 浓度都为1 0 m o l l ， 温度为3 5 c ，溶液p h 值在5 “之间时，转化率达到最大值。随着糖单体配比的 提高，转化率逐渐降低。 对含糖共聚物的溶液性质进行了研究，测定了温度、共聚物溶液浓度以及 n a c i 、h 3 8 0 3 存在时对比浓粘度的影响。共聚物的粘度性质符合一般非离子类 的聚合物规律，比浓粘度随着共聚物浓度增加而上升，随温度升高而下降，但由 于糖基的存在变化比较缓慢。在n a c l 溶液中比浓粘度比在纯水中的略高，出现 反常现象：含有3 1 5 9 ( 重量比) a a g 的共聚物，在o 1m o l lh 3 8 0 3 溶液中 的比浓粘度比在水中的低，而在o 5m o l l h 3 8 0 3 溶液中的比浓粘度则比在水中 的高。含糖共聚物的水溶液与蛋白质及铜离子的络合研究发现，含糖共聚物 p o l y ( a m c o a a g ) 与蛋白质及铜离子在碱性条件下有较好的络合。 用葡萄糖烯丙基酰胺单体a a g ，与丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺( b i s h ) 在 水中交联共聚得到含糖结构的水凝胶。研究了不同交联剂浓度和不同单体配比对 水凝胶膨胀比的影响。用红外光谱和热重分析对千凝胶的结构和热稳定性进行了 表征，并计算了干凝胶的热分解活化能。研究了温度、盐的浓度、溶液的p h 值 及蛋白质存在时，对水凝胶的膨胀比的影响。结果发现水凝胶的膨胀比随着温度 的提高或盐浓度的增大而略有增加，在高或低的p h 时膨胀比由于糖组分的降解 也有一定的增加。水凝胶在蛋白质溶液中由于复合作用发生收缩。对水凝胶的膨 山东大学硕士学位论文 胀动力学进行了计算，发现水凝胶的膨胀行为符合二级动力学方程。 利用制备的含糖的干凝胶，制备了药物缓释片，研究了其对阿斯匹林的缓释 作用。随着糖含量的增加，药物释放的速度逐渐降低，说明糖对药物的吸附程度 增加。实验发现含a a g 重量比为8 3 的水凝胶，对阿斯匹林的释放速度适中，其 缓释效果是实际可行的。 r 用葡萄糖烯丙基酰胺单体a a g ，与i 甲基丙烯酸二甲氨基乙酯( d m ) 和 一 亚甲基双丙烯酰胺( b i s a ) 在水中交联共聚，得到阳离子型的含糖结构的水凝胶。 改变不同单体配比，得到了一系列的含糖结构的共聚水凝胶。用红外光谱和热重 分析对干凝胶的结构和热稳定性进行了表征。研究了温度、盐的浓度、溶液的 p h 值、赖氨酸及十二烷基硫酸钠存在时对水凝胶的膨胀比的影响。结果发现含 糖的水凝胶的膨胀比随着温度的升高而降低，随着盐浓度的增大而显著降低，在 小于4 或丈于9 的p h 范围内，膨胀比显著降低，在p h 为4 - 9 的范围内，膨胀比 有微小的增加，所制备的含糖的阳离子型水凝胶是p h 响应型水凝胶。水凝胶在 赖氨酸溶液中发生明显的收缩。水凝胶与阴离子表面活性剂作用发现，水凝胶在 十二烷基硫酸钠溶液中显著收缩。 _ 关键词：含糖单体，含糖共聚物，糖水凝胶，膨胀性能，药物缓释 山东大学硕士学位论文 s y n t h e s i sa n dp r o p e r t i e so f s u g a r - b a s e d c o p o l y m e r sa n dh y d r o g e l s a b s t r a c t s u g a r - c o n t a i n i n gm 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 l l y l a m i n ea n d 8 、g l u c o n o l a c t o n ei nd m f s o l u t i o n t h em o n o m e rw a sc h a r a c t e r i z e d b y i ra n d h - n m rs p e c t r a t h ec o p o l y m e r so fa c r y l a m i d e 砸m 西y c o s y l a l l y l a m i d e 【p o l y ( a m - c o a a o ) w e r ep r e p a r e db yf r e er a d i c a lc o p o l y m e r i z a t i o no fa a g 谢也 a c r y l a m i d e ( 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 ，n7 - t e 仃a m e t h y l e t h y l e n ed i a m i n e ( t m e d a ) a s i m f i a t o r t h es t r u c t u r eo f c o p o l y m e r w a s c o n f i r m e d b y i ra n d h - n m r s p e c t r a t h et h e r m a ls t a b i l 坶o f t h ec o p o l y m e rw 勰d e t e r m i n e d b y t g a t h ee f f e c t so ff a c t o r so nc o p o l y m e r i z a t i o n ，s u c ha st e m p e r a t u r e ，p h ，f e e d i n g r a t i oa n dt h ec o n c e n t r a t i o no fi n i t i a t o r sw e r es t u d i e d n 掂c o n v e r s a f f o no f c o p o l y m e r i z a t i o n d e c r e a s e dw i t h i n c r e a s i n g t h ec o n c e n 订a f i o no fa a o t h e c o n v e r s a t i o no ft h ec o p e l y m e r i z a t i o na t t a i n e dm a x i m u ma tt h es a m ec o n c e n t r a t i o no f k p sa n dt m e d a t h er e d u c e dv i s c o s i t yo f t h e s eg l y c o p o l y m e r s p o i y ( a m - c o - a a g ) 】s o l u t i o nw a s s t u d i e d t h er e d u c e dv i s c o s i t ye n h a n c e dw i t hi n c r e a s i n gg l y c o p o l y m e r sc o n c e n t r a t i o n a n dd e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gt e m p e r a t u r e t h er e d u c e dv i s c o s i t yi nn a c is o l u t i o n w a sl a r g e rt h a nt h a ti nw a t e rf o ri n c r e a s i n gi o n i cs t r e n g t h t h er e d u c e dv i s c o s i t yo f t h es a m p l ec o n t a i n i n g3 1 5 9 a a gd e c r e a s e di no 1m o l lh 3 8 0 3s o l u t i o na n d i n c r e a s e di n0 , 5m o l lh 3 8 0 3s o l u t i o nc o m p a r i n gw i t ht h a ti nw a t e rf o rt h er e a s o no f t h ec o m p l e xb a l a n c eb e t w e e ng l y c o p e l y m e ra n db o r a t ei o n s t h e s eg l y c o p o l y m e r s c a nc o m p l e xw i t hc o p p e ri o na n dp r o t e i ni na l k a l i n em e d i u mf o rf o r m i n gt h e h y d r o g e n b o n d t h es u g a r - b a s e dh y d r o g e l so fp o l y ( a m - c o - a a g ) w e r ep r e p a r e db yf r e er a d i c a l c o p o l y m e r i z a t i o no fa a g 谢t ha e r y l a m i d e ( 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 7 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 n f l e d a ) a s i n i t i a t o ri nt h ep r e s e n c eo f t h ec r o s s l i n k i n gr e a g e n tn n - m e t h y l e n - 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 eo ft h e 3 坐查查堂堡主堂垡垒皇 x e r o g e lw a sc o n f i r m e db yi rs p e c t r u m t h et h e r m a ls t a b i l i t yo ft h ex e r o g e lw a s d e t e r m i n e d b yt g at h e e f f e c t so ff a c t o r so ns w e l l i n gr a t i oo ft h eh y d r o g e l ，s u c ha s t e m p e r a t u r e ，p h ，a n dt h es a l tc o n c e n t r a t i o n ，w e r es t u d i e d t h es w e l l i n gr a t i oo f t h e h y d r o g e li n c r e a s e d 、i t i li n c r e a s i n gt h et e m p e r a t u r eo rc o n c e n t r a t i o no f n a c l t h e s w e l l i n gr a t i oo f t h eh y d r o g e li n c r e a s e d a tt h el o w e ro r h i t g h e rp h t h ei n t e r a c t i o no f s u g a r b a s e dh y d r o g e lw i t hp r o t e i nw a si n v e s t i g a t e db ys w o l l e ne q u i l i b r i u mm e t h o d t h eh y d r o g e l ss h r b n ki nt h ep r o t e i ns o l u t i o na n dt h es h r i n k i n gd e g r e ee n h a n c e dw i t h e x t e n d i n gt i m ea n de n h a n c i n gp r o t e i nc o n c e n t r a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e y c o u l df o r mc o m p l e xi na q u e o u ss o l u t i o n t h es w e l l i n gk i n e t i c so ft h ex e r o g e lw a s d e t e c t e da n dt h ed a t ac o r r e s p o n d e dt oas e c o n d - o r d e rk i n e t i c s t h ed r u gr e l e a s e sf r o mx e r o g e l sm a t r i c e sw e r ee x a m i n e da n dt h ee x p e r i m e n t a l d a t ai n d i c a t e dt h a tt h ed r u gr e l e a s er a t ed e c r e a s e dw i t hs u g a rc o n t e n ta d d i n g w h e n t h es u g a rc o n t e n to f t h ex e r o g l ew a s8 3 ( w e i g h tp e r c e n t ) ，t h ee f f e c to fd r u gr e l e a s e w a s p r a 6 t i c a l t h e p hr e s p o n d i n gs u g a r - b a s e dh y d r o g e l sp o l y ( d m - e o - a a g ) w e r ep r e p a r e db y f l e er a d i c a l c o p o l y m e r i z a t i o n o fa a gw i t h n n d i m e t h y l a m i n o e t h y l m e t h a c r y l a t e ( d 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 dn ，n ，n ，n - t e t r a m e t h y l e t h y l e n ed i a m i n e ( t m e d a ) a s i n i t i a t o ri nt h ep r e s e n c eo ft h ec r o s s l i n k i n gr e a g e n t n ，n - m e t h y e n - 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 eo f t h ex e r o g e lw a sc o n f i r m e d b y i r s p e c t r u m ，t h et h e f l n a ls t a b i l i t yo f t h ex e r o g e l w a sd e t e r m i n e d b yt g a t h e e f f e c t s o f f a c t o r so ns w e l l i n gr a t i oo f t 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 a a g a n dd m ， t h ed e g r e eo f n e u t r a l i z a t i o no f d m ，t e m p e r a t u r e ，p h , t h es a l tc o n c e n t r a t i o n ，t h ea m i n o a c i dc o n c e n t r a t i o na n ds o d i u ml a u r y ls u l f a t ew e r es t u d i e d t h es w e l l i n gr a t i oo ft h e h y d r o g e ld e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gt h et e m p e r a t u r eo rc o n c e n t r a t i o no f s a l t s t h e s w e l l i n g r a t i oo f 恤ch y d r o g e ld e c r e a s e da tt h el o w e ro rh i g h e rp h t h es w e l l i n gr a t i o o ft h eh y d r o g e ld e c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gt h ec o n c e n t r a t i o no ft h ea m i n oa c i do r s o d i u m l a u r y ls u l f a t e ， k e yw o r d s ：g l y c o s y l a l l y l a m i d e ；g l y c o p o l y m e r , s u g a r - c o n t a i n i n gh y d r o g e l ；s w e l l i n g p r o p e r t y ；d r u g r e l e a s e 4 山东大学硕士学位论文 1 1 研究现状 第一章前言 当今世界环境保护日益重要，对于糖这个可再生资源的研究也越来越多， 含糖基的聚合物材料的研究为糖的综合利用和功能化创造了良机。目前，国外以 糖为基础的功能聚合物的研究领域很活跃，国内近几年也引起了重视。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。如利用 j ， 含糖聚合物中糖的组分在细胞间识别及产生生物功能方面的特性，可以用来模拟 生物聚合物材料、用于手性识别、信号传感等。含耱的聚合物水凝胶，可作为一 种新的细胞生长介质。 糖及其衍生物具有多个官能团，这在一定程度上限制了结构确定的含糖的聚 合物的制备。对这类聚合物的合成，主要有两种途经，一是通过含糖的不饱和单 体聚合得到，二是通过聚合物与糖进行大分子反应得到含糖的聚合物。以下概述 了含糖基的不饱和单体及聚合物的设计合成及聚合方法的新发展，结合论文的工 作，重点是结构确定的含糖聚合物。 1 1 1 含糖的不饱和单体的合成 一、化学方法合成糖的单体 由于糖具有多个官能团，化学方法合成纯的含糖的不饱和单体有一定难度。 但是，通过不同的途径和方法可以在糖的特定位置反应，从而制备出结构确定的 含糖的不饱和单体。本文介绍这类单体的合成。 ( i ) 以酰胺键连接的单体 糖基以酰胺键结合到聚合物单体上，在单体的合成中，生成了新的酰胺键。 h a s h i m o t b 等以葡萄糖二酸的6 3 内酯1 1 和古罗糖的l 一4 内酯【2 1 与4 - 乙烯基苯甲胺 反应得到了以酰胺键连接的单体。f u k u d a 等以乳糖的1 - 4 内酯为原料，用同样的 些垄奎堂堡主堂垡望壅 方法合成了乳糖的乙烯苯甲酰胺单体3 , 4 1 。c h i a r i 最近的一次报道【5 】合成了葡萄 糖酸和乳糖酸的烯丙酰胺单体。以葡萄糖酸6 一内酯或乳糖酸6 一内酯与烯丙胺反 应得到以酰胺键连接的单体( 如图1 1 a ) 。 k u r t h 【6 7 】等以一水合肼与乳糖反应，经氢化还原，在乳糖的1 位碳上引入氨 基，再与丙烯酰氯反应，制得了乳糖的丙烯酰胺单体( 结构式见图1 1 b ) 。 k o b a y a s h i 悼j 贝0 以n h 4 h c o 作氨化剂与乳糖或n ，n 乙酰基壳二糖反应，在同样 的位置上引入氨基，再与4 一乙烯基苯酰氯反应得到以酰胺键连接的含糖不饱和单 体。 ab 图1 1 以酰胺键连接的含糖的不饱和单体 f i g u r e1 - it h e u n s a t u r a t e dg l y c o m o n o m e r sl i n k e dw i t ht h ea m i d eb o n d ( 2 ) 以酯键或醚键连接的单体 f u k u d a 等以甲基丙烯酸酐【9 , 1 0 与异亚丙基保护的呋喃葡萄糖在毗啶中自n 热反 应得到葡萄糖甲基丙烯酸酯单体( 结构式见图1 - 2 a ) 。f u k u d a 以此糖与丙烯酰氯 】在丙酮中低温反应制得了葡萄糖丙烯酸酯。t o k i w a 报道了以己二酸乙烯酯与 葡萄糖为原料进行酯交换反应，得到葡萄糖己二酰乙烯酯单体t 住】。 l c h a i k o f 等以n 乙酰基葡萄糖胺与4 戊烯1 醇或1 0 十一烯1 醇在樟脑磺 酸催化下回流反应，得到了n 乙酰基葡萄糖胺的4 - 戊烯醚单体和1 0 - 十一烯醚单 体i b 】，还以n 乙酰基葡萄糖胺与丙烯酸羟乙酯反应，得到了以醚键连接的n - 乙 酰基葡萄糖胺的丙烯酸羟乙醚单体【1 4 1 ( 结构式见图l - 2 b ) 。m i n o d a 报道了以乙 酰基保护羟基、邻苯二甲酰基保护氨基的1 溴葡萄糖为原料，与乙二醇反应，得 到1 - o 羟乙基葡萄糖胺，再与氯乙基乙烯醚进行醚交换反应得到葡萄糖胺的以 醚键连接的乙烯醚类单体i 。5 1 。并进一步报道了以乙酰基和异亚丙基保护羟基的 1 一溴葡萄糖为原料，采用同样的方法，合成了葡萄糖的以醚键连接的乙烯醚类单 体1 6 。h i r a o 报道合成了间位和对位取代的苄乙烯的糖的衍生物。实验的单糖包 括呋哺葡萄糖，半乳糖，果糖，山梨糖。以间位或对位取代的氯甲基苯乙烯与异 山东大学硕上学位论文 亚丙基或亚环己基缩醛化保护的单糖通过w i l l i a m s o n 反应得到含糖的单体【1 7 】。 f 卜b o ab 图1 2 以酯键或醚键连接的含糖的不饱和单体 f i g u r e1 - 2t h e u n s a t u r a t e d g l y c o m o n o m e r sl i n k e dw i t h t h ee s t e ro re t h e rb o n d f 3 1 以肟键或脲键连接的单体 。 t k u r t h 等报道合成了以肟或脲的形式连接的含糖的单体。k u r t h 等以乳糖与 4 一乙烯苄氧胺反应，得到以肟的形式连接的乳糖的苄乙烯单体 1 8 】。以乳糖胺与 4 乙烯苄异氰酸酯反应，得到以脲键连接的乳糖的苄乙烯单体1 1 9 1 。t h o m a i d e s 采 用同样的方法以n 甲基乳糖胺与3 异丙烯基u ，a 二甲苄基异氰酸酯反应，得到 以脲的形式连接的乳糖的单体口0 l 。 ， 二、酶的方法合成单体 利用酶催化的反应具有高度的区域选择性和立体选择性，控制不同的反应条 件，可以在糖的特定羟基上进行反应，制备结构确定的含糖的不饱和单体。 d o r d i c k 等在酶催化合成方面作和许多工作，利用酶催化丙烯酸乙烯酯与各种糖 进行酯交换反应，制各结构确定的含糖的不饱和单体。 ， 化学酶催化法具有优于单纯的化学法或酶法的优点，既提高了区域选择性， 有提高了反应速度d o r d i c k 2 1 l 报道了用脂肪酶p 催化单糖与丙烯酸乙烯酯在毗 啶中反应，合成了单糖的6 一丙烯酸酯单体。在d m f 中以a i b n 引发，得到了线 性聚( 丙烯酸糖酯) ，且分子量较大，在聚合时加入交联剂，得到凝胶聚合物， 可以用来制备生物相容水凝胶，生物医药等。这种方法可用来制备含糖的聚丙烯 酸酯。 d o r d i c k l 2 2 l 也报道了以脂肪酶p 催化甲基半乳糖苷与乙烯基丙烯酸酯在吡啶 中反应得到含糖的单体。以b i s 作交联剂在水中聚合得到凝胶。 山东大学硕士学位论文 d o r d i e k 2 s 用化学酶催化法合成了手性分子特征水凝胶脂肪酶p s 3 0 催化甲 基甜d - 吡喃葡糖苷与乙烯丙烯酸酯反应得c - 6 位上单酯( 蔗糖则在c l 位 上) 与c b z a s p 以a b v n 引发b i s 作交联剂，在d m f 中聚合，得分子特征聚合 物( m i p ) ，可作为手性固定相在极性有机洗提液中离析d 一型和l 型c b z a s p 异 构体，分离系数达2 5 。合成的m i p 分子可用来作为手性特征物质分离异构体，用 来选择性吸附及分离，作为人工受体抗体，及传感器、酶的仿制品等用途。 d o r d i c k 2 4 】等报道了化学酶催化法合成含蔗糖的聚合物。蔗糖与二甲基三氟 乙基乙二酸在吡啶中以碱性蛋白酶p r o l e a t h e r ( 来自b a c i l l u s 族) 催化得到蔗 糖的l ，6 一二( 三氟乙基乙二酸) 酯。得到的二酯和乙烯基己二胺在n m p 中聚 合可得到聚( 蔗糖己二酸胺) ，蔗糖分子在聚合物的骨架上。蔗糖与乙烯基丙烯 酸酯在吡啶中以该酶催化得到蔗糖的1 一丙烯酸单酯。此单酯在水中以过氧化 氢和过二硫酸钾引发，聚合得丙烯酸酯聚合物。蔗糖分子是聚合物的侧基。 d o r d i c k 2 5 1 等又进一步发展了两步酶催化法合成含糖的线型聚酯。蔗糖和海 藻糖与二乙烯己二酸酯在无水吡啶中以o p t i c l e a nm 3 7 5 催化酯交换反应得 i ，0 蔗糖和6 o 海藻糖的单酯。在丙酮中则以n o v o z y m 一4 3 5 ( 脂肪酶b ) 催化 得到蔗糖和海藻糖的6 ，6 一二酯。以n o v o z y m 一4 3 5 催化单体与各种二醇反应， 得线型聚合物，产物分子量高，较一步反应法快。合成的聚合物是生物可降解的。 1 1 2 聚合物的合成 一、自由基聚合 f u k u d a 等首次研究了通过自由基反应合成低分散度的含糖聚合物川，采 用加入硝基氧化物介质来控制自由基聚合，得到分子量分布较窄的聚合物。以乳 糖的乙烯苯甲酰胺单体为原料，在硝基氧化物介质控制下聚合，得到乳糖的乙烯 苯甲酰胺聚合物。但是单体中糖的羟基须以乙酰基保护，才可有效防止链转移导 致的分散度增大口1 。采用结构中含有烷烃长链( c l s h 3 7 ) 的硝基化物，可制得以 疏水基封端的两亲聚合物。该聚合物可用来进行膜表面上糖链功能的基础研究 亦可作为药物释放体系。 其后，f u k u d a 等人又以异亚丙基保护的葡萄糖甲基丙烯酸酯单体为原料， 山东大学硕士学位论文 与硝基氧化物封端的聚苯乙烯共聚，再水解去掉异亚丙基，得到结构确定的，分 子量分布较窄的两亲嵌段共聚物聚( 苯乙烯一葡萄糖甲基丙烯酸酯) 【1 “。此含糖 聚合物的膜表现出了良好的微区型貌，球形的p s 嵌在亲水的糖基质上。这开辟 了一条新的、简便的合成路径，制备各种构造的、窄分散的、结构确定的含糖聚 合物( 结构式见图1 - 3 a ) 。 c h a i k o f 等人则发展了直接台成法，加入氰氧基介质控制自由基聚合，得到 了分子量分布较窄的聚合物 1 3 , 1 4 。以n 乙酰基葡萄糖胺的4 戊烯醚单体或l o 十一烯醚单体为原料，在氰氧基介质控制下，与丙烯酰胺共聚，可得到低分散度 的葡萄糖胺的共聚物。以n 乙酰基葡萄糖胺的丙烯酸羟乙醚单体为原料，在 氰氧基介质控制下聚合，可得到分子量分布较窄的葡萄糖胺的均聚物【l 4 1 。 氰氧基介质控制的自由基聚合得到的水溶性葡萄糖胺聚合物，具有较高的单 糖成分和较低的分散度，可用来合成进行生物模拟的葡胺葡聚糖，研究蛋白质一碳 水化合物反应、生物材料的设计等，对于提高生理学进程、组织受损修复及再生 领域有重要影响。 一h 2 c h一-“旷o叶班c旷oc=防ofci-ih g e 取。 山东大学硕士学位论文 段共聚物。两亲嵌段共聚物呈现良好的微畴结构，且在水溶液中表现出有序聚集 的性质，在分子组装方面有重要用途2 7 1 ( 结构式见图1 - 3 b ) 。 f u k u d a 以异亚丙基保护的葡萄糖甲基丙烯酸酯单体为原料，a t r p 聚合，水 解去掉异亚丙基，得到结构确定的分子量分布较窄的葡萄糖的均聚物；连续加入 第二种单体苯乙烯，以其先驱物聚苯乙烯引发糖的单体聚合，然后水解去掉异亚 丙基，得到水溶性的葡萄糖的两亲嵌段共聚物，且共聚物呈现良好的微畴结构 9 】a 最近，f u k u d a 等人首次采用表面引发a t r p 技术，在固体表面接枝结构确定 的葡萄糖聚合物1 们。在基质硅醇上引入单层引发剂2 - ( 4 一苯磺酰氯) 乙基三甲 氧基硅烷，与异亚丙基保护的葡萄糖甲基丙烯酸酯单体以溴化铜4 ，4 - 二庚基联 吡啶络合物引发a t r p 聚合，水解去掉异亚丙基，得到结构确定的含葡萄糖的接 枝聚合物。且接枝侧链的生长是可以控制的，得到的聚合物的接枝密度保持恒定 ( 结构式见图1 - 4 ) 。 叫。母s 喵呲一融 h o h 图1 - 4 在固体表面接枝结构确定的含糖聚合物 f i g u r e1 - 4t h e w e l l d e f i n e dg l y c o p o l y m e rg r a f t e do nt h es o l i ds u r f a c e 二、阳离子聚合 m i n o d a 等人以活性阳离子聚合合成了乙烯醚类聚合物陋1 6 】。以乙酰基保护 羟基，以邻苯二甲酰基保护氨基的葡萄糖胺的乙基乙烯醚类单体以二氯乙基铝 三氟乙酸引发阳离子聚合，水解去掉保护基，得到分子量分布较窄的含葡萄糖胺 侧基的水溶性聚合物。并迸一步研究了葡萄糖乙基乙烯醚类单体，以乙酰基保护 时，适用的引发体系是二氯乙基铝三氟乙酸，而以异亚丙基保护时，适用的引 发体系是盐酸二碘化锌1 1 6 j 。 三、阴离子聚合 h i r a 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。呋哺 葡萄糖，半乳糖，果糖，山梨糖的间位取代的苄乙烯衍生物单体，以仲丁基锂引 hc 一 一o 一 卅爿。， 些变查主堡主兰垡丝三 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。 四、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 等制备了含葡萄糖侧基的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【2 ”。g a r i ao t e i z a 等以聚乙烯醇为反应物，先与氯甲酰4 一硝基苯 酯反应，得到聚乙烯醇的4 一硝基苯碳酸酯，以提高羟基的反应活性，再与葡萄糖 胺反应，在聚乙烯醇支链上引入葡萄糖胺【2 9 1 。环糊精的环状孔洞结构，引入到聚 合物的侧链之后，可明显改善聚合物的性质，在超分子组装、分子识别等方面有 重要应用。r u e b n e r 以聚烯丙胺( p a a ) 为起始物质，与单一6 一甲苯基磺酰- 6 - 脱氧一 y 一环糊精反应，在氨基上按上了环糊精，再与丙烯酸n 一琥珀酰亚胺酯反应，引 入乙酰基掩蔽未反应的氨基，得到的侧基为y 一环糊精的线性烯丙胺聚合物比聚 烯丙胺的水溶性明显提高，粘度增大，可用作聚合载体1 3 0 ( 结构式见图卜5 ) 。 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l ，6 一内酯反应，得到端基是葡萄糖的两亲的树枝状聚合物 ( 结构式见图1 - 6 ) 。它可以大大提高憎水化合物在水中的溶解。k e i g o 树枝状 聚合物聚酰胺氨引发0 【氨基酸取代的糖聚合，得到星型的含糖聚合物f 3 2 1 。 1 - 一矽一诂f 喳。f 喳 n hr h ij 口o l c 卜b 图1 5 含环糊精侧基的聚合物 f i g u r e1 - 5t h ep o l y m e rc o n t a i n i n gp e n d a n tc y c l o d e x t r a n 山东大学硕士学位论文 图1 6 含糖的树枝状聚合物 f i g u r e1 - 6s u g a r - b a s e d d e n d r i m e r 1 1 3 应用 含糖的聚合物的应用很广泛，在医药学、材料学中有重要应用。利用糖基的 生物相容性，可用作生物相容材料、生物降解材料、生物细胞培养基等。 、在医药方面的应用 h a s h i m o t o 等研究了含糖聚合物在抑制葡萄糖苷酸酶活性方面的应用 1 2 。葡 萄糖苷酸酶水解葡萄糖苷酸共轭物产生的有毒物质x e n o b i o t i c s 可被小肠吸收， 从而回到人体中。因此，抑制酶的活性可减少有毒物质的产生。h a s h i m o t o 等合 成的葡萄糖二酸的苯乙烯衍生物，表现出强烈的抑制酶的活性的特性。 o o w d a 首次报道了以眼镜蛇毒因子( c v f ) 的寡糖链来制备活性的免疫共轭物 【”l 。c v f 是眼镜蛇毒中无毒的活性葡萄糖蛋白，把c v f 共轭到抗体中可用来选择 性杀死瘤细胞。以前通过侧链氨基酸共轭，但是c v f 的活性大大减弱。g o w d a 以 c v f 的寡糖链共轭到抗体中得到的免疫共轭物，保持了c v f 7 0 7 5 的活性，对于 山东大学硕士学位论文 临床治疗癌变细胞有重大意义。 h i r o f u m i 利用糖链聚合物载体从血液样品中选择性分离目标血细胞【“】。 二、表面活性及分予组装 糖的聚合物具有良好的水溶性，与疏水单体共聚得到的两亲聚合物，可作为 表面活性剂，糖基的生物相容性使其具有优于传统表面活性荆的生物特点。 前面介绍台成的嵌段两亲聚合物，可在水溶液中有序聚集，进行分子组装。 对侧链中引入环糊精的聚合物，足目前超分子组装研究较多的领域，在分子传感 器、分子识别等方面有广泛的应用前景。u e n o 设计制备了一种新型的化学传感 器，在a 一螺旋肽侧链上引入y 一环糊精和两个萘的单元，y 一环糊精夹在两个萘 中间，两个荼插入y 一环糊精的空穴中，表现出激基缔合物发射性质” 。 三、水凝胶 水凝胶，是一种在水中能够溶胀并保持大量水分而又4 i 溶解的交联聚合物。 含糖的水凝胶具有良好的生物棚容性利亲水保水性。k u r t h 等制备的含乳糖的水 凝胶，水凝胶中的含水量可达到8 9 ，可以用作生物相容材料瞄1 1 8 】。d o r d i c k 等制 备的手性分子特征水凝胶可以作为信号传感、选择分离等用途2 3 1 ，半乳糖的水凝 胶可作为吸水剂和生物相容材料( 2 2 】、生物医药1 2 1 1 、生物细胞培养基阳，以及食 品添加齐l j 等口”。王钒等制备的烯丙基葡萄糖水凝胶，能较好的分离蛋白质混合样 晶【3 8 】。 1 2 本论文的工作意义及课题的提出 1 2 1 立题的背景及研究意义 含糖的聚合物的应用很广泛，糖是丰富的可再生的自然资源，对环境的污染 少，是绿色环保材料，对糖的聚合物的研究，在理论和实践方面都很有意义。因 为糖基部分提高了聚合物的生物相容性、生物降解性，改善丁聚合物的性质，拓 展r 聚合物的应用，从而可以制备出新型的功能聚合物材料。从文献情况来看 近几年糖的聚合物在国外已经开展了许多研究，但是国内对糖的聚合物的研究较 少，主要是侧重淀粉纤维索等多糖类物质的改性研究，由结构确定的食糖不饱和 单体制备聚合物的研究开展的较少。因此，开展结构确定的糖的聚合物的研究具 山东大学坝士学位论义 有十分重要的科研创新意义。 水溶性高分予的水溶液性质研究能揭示聚合物的分子尺寸和形态结构，对一 般的水溶性高分子的溶液性质已有许多文献报导并获得了一定的定性或定量认 识。然而对水溶性含糖聚合物的水溶液性质研究国际、国内均少见报导。本课题 研究探索温度、浓度、p h 及糖含量对溶液粘度行为的影向，蛋白质及铜离子与 含糖共聚物水溶液的络合。探寻这些新型功能高分子溶液性质的规律，将丰富和 发展水溶性聚合物性质的理论研究内容，也有利于这些产品的应用丌发。 对水凝胶的研究，近年来的开发工作非常活跃，但是，对于含糖的水凝胶的 研究，则相对将少。含糖的水凝胶由于其独特的生物性质，在生物相容材料 2 2 1 、 生物医药“1 、生物细胞培养基 3 6 1 ，以及食品添加剂，蛋白质分离等方面有 很广泛的应用。对含糖水凝胶的研究，具有重要的科研价值。 1 2 ，2 论文的设计思路及主要研究内容 本论文在大量参考阅读文献的基础上，设计合成含糖的不饱和单体，以及新 的含糖的共聚物及水凝胶。制备出新的含糖共聚物，并研究糖的共聚物的性质， 为聚合物的应用奠定了理论基础。制各出新的含糖的水凝胶，在研究水凝胶的膨 胀动力学的基础上，开展了水凝胶的应用研究，以水凝胶作为载体，探讨了对阿 斯匹林药物的控制释放，预期将来作为药物缓释载体。 本工作首先制备了含糖的结构确定的不饱和单体葡萄糖烯丙基酰胺单体 ( a a g ) ，以葡萄糖内酯与烯丙基胺在n ，n 一二甲基甲酰胺中反应，一步法得到 含糖的单体a a g 。用过硫酸钾( k p s ) 四甲基乙二胺( t m e d a ) 引发此单体与丙烯酰 胺( a m ) 自由基共聚合反应，得到含糖侧基的共聚物p o l y ( a m c o a a g ) 。 对含糖共聚物的溶液性质进行了研究，测定了温度、浓度以及n a c l 、h 3 8 0 3 存在时对共聚物比浓粘度的影响。发现含糖共聚物的粘度性质符合一般非离子类 的聚合物规律。刚性糖侧基的存在，使粘度随温度及浓度的变化趋势平缓。由于 糖结构中大量羟基的存在，含糖共聚物p o y ( a m c o a a g ) 与蛋白质及铜离子在碱 性条件下有较好的络合作用。 奉工作同时用葡萄糖烯丙基酰胺单体a a g ，与丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺 山东大学硕士学位论文 ( b i s a ) 交联共聚得到含糖结构的水凝胶。研究了交联剂浓度、单体配比、温度、 盐的浓度、p h 值、蛋白质溶液对水凝胶的膨胀比的影响。水凝胶在蛋白质溶液 中由于羟基j 蛋白质发生复合作用，导致凝胶收缩。对水凝胶的膨胀动力学进行 了计算，发现水凝胶的膨胀行为符合二级动力学方程。 利用制备的含糖的水凝胶，研究了其对阿斯匹林的药物缓释作用。随着糖含 量的增加，药物释放的速度逐渐降低，说明糖对药物的缓释程度增加。实验发现 含糖单体a a g 重量比为8 3 的1 二凝胶，对阿斯匹林的缓释效果适中，可望作为药 物缓释载体。 用葡萄糖烯丙基酰胺单体a a g ，与n ，n 一二甲基乙氧基甲基丙烯酸酯( d m ) 和 亚甲基双丙烯酰胺( g i s k ) 交联共聚，得到p l 响应的阳离子型含糖结构的水凝 胶。研究了不同单体配比、d 的中和度、温度、盐的浓度、溶液的p h 值、氨基 酸及阴离子表面活性剂存在时对水凝胶的膨胀比的影响。糖基的加入，大大提高 了离子型水凝胶d m 的膨胀比，膨胀比达到1 6 0