异山梨醇酯的合成及其生物降解性能分析论文.doc

异山梨醇酯的合成及其生物降解性能分析论文 聚磷酸酯是一类新型生物可降解材料该材料具有在生理条件下易降解、结构易修饰和生物相容性好等特点13.其降解产物主要是磷酸盐和脂肪族二元醇不含酸性降解产物可避免体内局部组织发生炎症等副作用4.聚磷酸酯被广泛应用于药物释放、基因载体和组织工程等生物医药领域59. 从合成方法上看医药用聚磷酸酯的合成大致可以分为开环聚合法和溶液缩聚法10.溶液缩聚法中广泛使用双酚A等含活性氢的化合物但是双酚A被认定为内分泌干扰物（EDC,anendocrinedisruptingchemical）,在生物体内外具有类雌性激素的作用1113.异山梨醇被认为是双酚A的潜在替代单体1416.异山梨醇是刚性、无毒的手性分子能够提高聚合物的玻璃化温度、力学性能以及生物相容性等因此研究异山梨醇的生物基材料具有重要的经济价值对工程应用和生物医用领域具有重要意义本文合成了异山梨醇聚磷酸酯并研究了该新型聚磷酸酯的热性能和生物降解性能 1实验部分 1.1试剂与仪器 异山梨醇国药集团化学试剂有限公司乙酸乙酯重结晶后置于35恒温鼓风干燥箱中干燥至恒重2甲基四氢呋喃（2MeTHF）,上海晶纯生化科技股份有限公司干燥后使用苯膦酰二氯、磷酸钾（K3PO4）,上海晶纯生化科技股份有限公司分析纯未经处理直接使用二氯甲烷（CH2Cl2）,国药集团化学试剂有限公司干燥后使用三乙胺（triethylamine）、正己烷国药集团化学试剂有限公司分析纯未经处理直接使用磷酸盐缓冲液（PBS）和酶溶液参考文献17制备 凝胶渗透色谱仪（GPC）测定聚合物的Mn、Mw以及分子量分布PDI.GPC由戴安P680泵、折光示差检测器（RI101Shodex）和色谱分离柱（MIXEDA）组成柱温和检测器温度设定为30,以四氢呋喃为流动相流速为1.0mL/min,单分散线性聚苯乙烯用于测定标准曲线核磁共振仪（Bruker400MHz）测定聚合物的1HNMR、31PNMR图谱CDCl3作为溶剂TMS为内标傅里叶红外光谱仪（AVATAR360Nicolet）测定聚合物的分子结构采用溴化钾压片法制样 同步热分析仪（NETZSCHSTA409PC）测定聚合物的热性能氮气氛围中以10K/min的速率从20升至600.利用扫描电子显微镜（S4700Hitachi）观察聚合物的外观形貌 1.2聚磷酸酯的合成 以二甲基对甲苯胺为引发剂引发异山梨醇和苯膦酰二氯进行缩聚反应制备异山梨醇聚磷酸酯合成路线如示意图1所示典型的合成方法是：在带有机械搅拌、冷凝管和恒压漏斗的反应器中加入异山梨醇（0.1mol）、氯化氢吸附剂（磷酸三钾或三乙胺0.1mol）、溶剂（2甲基四氢呋喃或二氯甲烷250mL）,滴加几滴二甲基对甲苯胺将苯磷酰二氯（0.1mol）与溶剂（2甲基四氢呋喃或二氯甲烷10mL）加入到恒压漏斗中；反应器置于0以下的环境中慢慢滴加苯膦酰二氯溶液并不断搅拌；滴加完毕后慢慢升至常温反应1h;然后继续升温至90回流反应6h后停止反应其中所用溶剂都为干燥后的溶剂反应结束后用正己烷沉淀3次最后在40真空干燥箱中干燥24h,得到无色或淡黄色的固体 1.3聚磷酸酯的生物降解 1.3.1磷酸盐缓冲液（PBS）的配制 称取氯化钠24g、氯化钾0.6g、磷酸二氢钾0.72g、磷酸氢二钠10.89g充分溶于2.5L蒸馏水中稀释至3L.用高压灭菌锅在130、0.1MPa下灭菌30min,自然冷却后取出用NaOH溶液定pH值为7.4,并重新定容至3L.置于04冰箱中备用 1.3.2酶溶液的配制 Novozym435是一种由Candidaantarctic得到的固定化脂肪酶耐热性很高将Novozym435用灭菌后的磷酸缓冲液（PBS）配制成1.2mg/mL的酶溶液17.样品先精密称重（Wo）,然后分别浸泡在装有35mL不同降解介质的离心管中放在37水浴摇床中摇速90r/min.再每5天将样品取出并更换介质用流动的蒸馏水反复冲洗用滤纸吸干表面的水分立即称湿重（Wwet）,然后减压干燥48h后称干重（Wdry）,进行失重考察聚酯的失重率和吸水率分别用以下公式计算： 2结果与讨论 2.1异山梨醇与苯膦酰二氯的聚合反应 表1列出了异山梨醇与苯膦酰二氯聚合反应的典型结果可以看出异山梨醇和苯基磷酰二氯在有溶剂和无溶剂下发生了如示意图1所示的聚合反应制备了重均分子量在2.0104到6.0104的异山梨醇聚磷酸酯 从表1还可以看出在无溶剂条件下分子量较低这是由于在反应过程中分子链之间的接触不充分不易进一步形成长链而且由于无溶剂条件下聚合反应受热不均导致聚合物链增长速率相差较大从而导致分子量分布较广在有溶剂的条件下合成所得聚合物分子量较高而且当溶剂为2甲基四氢呋喃时聚合物分子量更高一些达到6.0104.2甲基四氢呋喃被认为是“绿色”溶剂可用于替代二氯甲烷该合成方法也被认为是绿色合成方法18.反应过程中当用无水磷酸钾作为氯化氢的中和剂时得到的聚合物分子量较高这是因为无水磷酸钾吸附氯化氢的效果更好另外其在清除氯化氢的过程中没有产生水或其他有毒的副产物（K3PO4+HCl=KCl+K2HPO4）19,得到的聚酯为无色的而用三乙胺时得到的聚酯颜色较深可能是因为三乙胺在聚合物中不易除去 2.2聚合物的结构表征 图1为异山梨醇与苯膦酰二氯合成的化合物的FTIR图谱1225cm1为PO键的伸缩振动吸收峰1130cm1及1002cm1处分别为POCisosorbide的伸缩振动吸收峰这证明异山梨醇与苯膦酰二氯之间形成了磷酯键红外图谱中其他各个特征峰的归属如下：2967cm1和2874cm1归属异山梨醇上的亚甲基（CH2）对称伸缩和不对称伸缩吸收峰；3066、1600、685cm1归属于苯环上的质子振动吸收峰3420cm1为聚合物末端OH振动吸收峰所有吸收峰与聚合物的结构均相对应说明成功合成了聚磷酸异山梨醇酯 图2是异山梨醇与苯膦酰二氯合成的化合物1HNMR图谱图中3=3.92和4=4.12处的峰分别是异山梨醇环上靠近2号羟基和5号羟基的次甲基质子峰1=6=3.853.70处为异山梨醇链上亚甲基质子共振峰2=5=4.804.71处为异山梨醇链上接有OH的次甲基质子峰7=8=7.55,9=10=7.40和11=7.50分别为苯环上的氢质子峰12=2.32处的弱峰归属于聚合物端羟基这与图1中聚合物端羟基在3420cm1处有振动吸收峰相符合所有质子峰与聚合物的结构均相对应 图3是异山梨醇与苯基磷酰二氯合成的化合物13PNMR图谱13PNMR图谱出现2个吸收峰： =19.30、20.05.化学位移的不同是由于磷在主链中位置不同=19.30归属于磷原子在主链末端=20.05归属于磷原子在主链中间13PNMR图谱证实了聚合物的形成以及磷酯键处于聚合物的主链上 2.3聚合物的体外降解性能 聚合物的体外降解实验主要有水解实验、氧化实验、酶解实验等本文通过水解实验和酶解实验研究了异山梨醇基不饱和聚酯类的降解性能用不同时间的失重率表示其降解程度此外还考察了聚磷酸酯的溶胀性能 降解失重是表征聚合物降解性能的重要指标之一图4（a）、4（b）分别为聚酯水解和酶解25天的失重率变化曲线从图4（a）和图4（b）可知PPI3/4/5/6在25天后失重率大于80%;PPI1/2失重率失重比较缓慢25天后失重约25%. PPI1/2/3/4/5/6的重均分子量分别为6104、5.4104、3.8104、4.1104、3.2104、2104,通过图4可推出随着分子量的增加PPI的失重率变缓当重均分子量大于5104时降解速率明显减慢随着分子量的增大聚合物呈现出疏水性特征水分子越是无法渗透到内部造成降解速率明显降低图5是降解不同天数后PPI4聚合物表面的SEM照片可以看出起初聚合物表面较为平整随着降解天数的增加聚合物表面变的粗糙不平聚合物的降解是造成表面粗糙不平的原因 图6（a）、6（b）分别为聚酯在水溶液和酶溶液中25天的吸水率变化曲线可以看出PPI重均分子量小于5104时聚酯表现出良好的亲水性吸水率够超过150%;随着分子量的增大聚酯呈现出疏水性特征吸水率小于40%.这是因为分子量越低越多的羟基裸露在体外亲水性越好；分子量越大降解越慢水分子越是无法渗透到内部造成吸水率相对较低另外可以看出放置时间越长吸水率越高这是因为随着聚酯的降解更多的羟基会裸露到体外增加了聚酯的吸水性总之实验结果表明异山梨醇聚磷酸酯具有很好的体外降解性能和溶胀性能 2.4聚合物的热性能 用DSC研究了聚磷酸酯的玻璃化转变温度（Tg）,DSC分析表明（图7）PPI具有较高的Tg,随着分子量的增加聚合物的Tg显着增加当分子量从2104增加到6104时Tg从129增加到176,增加了近36%. 图8（a）是不同分子量PPI的TG曲线由图可知PPI有较高的热分解温度起始分解温度（5%失重温度）均高于200可以推测对其进行常规的热加工时可不必考虑其热分解从图8（a）还可以看出PPI的热稳定性随着分子量的增大而提高当重均分子量由2104增加到6104时PPI的起始分解温度从260提高到315,提高了55K.图8（b）为PPI的DTG曲线由图可知PPI6/5/3/4/2/1的最大分解速率温度（Tm）分别为344、357、373、380、386、396 总之提高PPI的分子量可以明显提高其热稳定性改善加工性能PPI的热分解性能随着分子量的增大而提高除了提高分子量可以提高聚合物链之间的色散力之外还有可能与PPI的解拉链降解反应有关解拉链降解是指聚合物末端羟基主链上的碳原子发生“回咬”反应此种降解反应在较低温