齐墩果酸-聚乙二醇结合物的合成与表征

浙江大学 硕士学位论文 齐墩果酸-聚乙二醇结合物的合成与表征 姓名：苗旺 申请学位级别：硕士 专业：药学 指导教师：刘龙孝 20120302 浙江大学硕士学位论文中文摘要 齐墩果酸聚乙二醇结合物的合成与表征 浙江大学药学院 硕士研究生 导师 摘要 药学 苗旺 刘龙孝教授 齐墩果酸( o l e a n o l i ea c i d ，O A ) 为五环三萜类药物，化学名为( 3 D ) 3 H y d r o x y o l e a n 1 2 e n 2 8 o i ca c i d ，分子量为4 5 6 7 ，以游离或皂苷形式广泛存在于植物 中。齐墩果酸具有广泛的生物活性，如保肝、抗炎、抗肿瘤、降血脂等，是治疗 慢性病毒性肝炎比较理想的药物。但其在水中溶解度低，溶出慢，吸收差，导致 其体内生物利用度低，严重限制了其在临床上的应用。提高齐墩果酸溶解度和溶 出速度将有助于提高它的生物利用度，为其广泛的临床应用创造条件。 药物的聚乙二醇修饰即聚乙二醇化，通常是将活化的聚乙二醇通过化学方法 偶联到蛋白质、多肽、小分子药物和脂质体上。由于聚L - - 醇的亲水性，使聚乙 二醇一药物结合物具有良好的可润湿性，从而达到对难溶性药物的增溶作用。 本文以齐墩果酸为模型药物，在催化剂K O H 和1 8 冠醚- 6 ( 冠醚) 的作用下 与环氧乙烷进行阴离子开环聚合反应，合成系列聚乙二醇化药物，从而提高药物 溶解度和溶出度。本文的主要研究内容和结果如下： ( 1 ) 系统研究了K O H 、冠醚、温度以及搅拌速度对聚合反应的影响，确定了 用高压反应釜合成齐墩果酸一聚L - - 醇结合物的最佳反应条件用最佳反应条件合 成了环氧乙烷和齐墩果酸质量配比分别为5 ，1 0 ，1 5 的齐墩果酸聚乙二醇结合物： O A - P E G 5 ，O A P E G l 0 ，O A P E G l 5 ( 2 ) 采用U V 、I R 、D S C 、G P C 对齐墩果酸聚乙二醇结合物进行测试，U V 结果表明合成齐墩果酸聚乙二醇结合物后，齐墩果酸最大紫外吸收峰的位置没有 浙江人学硕士学位论文中文摘要 发生改变。承结果表明，与环氧乙烷反应的是齐墩果酸的羧基，而不是羟基。通 过G P C 测定了结合物的分子量和分子量分布指数，结果表明，齐墩果酸聚乙二醇 结合物分子量随环氧乙烷O A 配比的增加而增加，结合物的分子量分布指数都在 1 1 左右。 ( 3 ) 测定了齐墩果酸和齐墩果酸聚L - 醇结合物水中的溶解度和油水分配系 数，结果表明齐墩果酸聚乙二醇结合物可以大大提高齐墩果酸的溶解度并降低其 油水分配系数。当环氧乙烷与齐墩果酸质量配比为1 5 ：1 时，基于O A ，产物的溶 解度为3 6 5 1 0 4 9 9 m L ，是齐墩果酸原药的7 8 4 9 倍。 ( 4 ) 测定了齐墩果酸聚乙二醇结合物的溶出度，并与齐墩果酸原药的溶出性 能进行比较，结果发现，齐墩果酸聚乙二醇结合物能显著地增加齐墩果酸的溶出 度。以外观性状、药物含量、吸湿性为指标考察了齐墩果酸一聚乙二醇结合物的稳 定性。试验结果表明，结合物在高温和光照试验条件下稳定，有较强吸湿性，提 示需要采用防潮包装。 关键词：齐墩果酸；齐墩果酸聚乙二醇结合物；溶解度；稳定性 I I I 浙江大学硕士学位论文英文摘要 S y n t h e s i sa n dC h a r a c t e r i z a t i o no fO l e a n o l i cA c i d - P E G C o n ju g a t e s C o l l e g eo fP h a r m a c e u t i c a lS c i e n c e s ，Z h e j i a n gU n i v e r s i t y ：P h a r m a c y G r a d u a t es t u d e n t ： W a n gM I A O Supervisor：ProfLongxiao L I U A b s t r a c t O l e a n o l i ca c i d ( O A ；3 p 一3 - h y d r o x y o l e a n - 1 2 - e n - 2 8 - o i ca c i d ；m o l e c u l a rw e i g h t4 5 6 7 ) i sat r i t e r p e n o i dc o m p o u n dt h a te x i s t sw i d e l yi nm e d i c i n a lh e r b sa n dn a t u r a lp l a n t si n t h ef o r mo ff r e ea c i do ra g l y c o n e sf o r t r i t e r p e n o i ds a p o n i n s O Ah a sm a n y p h a r m a c e u t i c a lf u n c t i o n s ，s u c ha sh e p a t o p r o t e c t i v ee f f e c t ，a n t i - i n f l a m m a t o r ye f f e c t ， a n t i - t u m o ra c t i v i t y , a n t i - h y p e r l i p i d e m i ce f f e c t ，e t c U n f o r t u n a t e l y , t h eb i o a v a i l a b i l i t yo f O Ai sl i m i t e dd u et oi t sp o o rs o l u b i l i t yi nw a t e r T h e r e f o r ei ti si m p o r t a n tt of i n d e f f e c t i v em e t h o d st oi m p r o v et h es o l u b i l i t ya n dd i s s o l u t i o nr a t eo fO A P o l y e t h y l e n eg l y c o l ( P E G ) h a sb e e ne m p l o y e di nm a n yp h a r m a c e u t i c a la p p l i c a t i o n s 1 1 1 et e c h n i q u eo fa t t a c h i n gP E Gt od r u g ，p e p t i d e ，p o l y m e ro rc h e m i c a lm o i e t yh a sb e e n t e r m e d 嬲P E G y l a t i o n 1 1 1 ec o n j u g a t i o no fi n s o l u b l ed r u ga n dP E GC a ni n c r e a s ew a t e r s o l u b i l i t yb e c a u s eo f t h ee x s i s t e n c eo fe t h e r sw h i c hi sk n o w nt ob eh i g h l yh y d r o p h i l i c I nt h i ss t u d y , O A P E Gc o n j u g a t e so fd i f f e r e n tm o l e c u l a rw e i g h t sw e r es y n t h e s i z e d b yr i n go p e n i n gp o l y m e r i z a t i o nw i t l lO Aa si n i t i a t o r , K O Ha n d 18 - c r o w n - 6a sc a t a l y s t a n de t h y l e n eo x i d e ( E O ) a sm o n o m e ri nas t a i n l e s ss t e e la u t o c l a v e 1 h ed e t a i l sa r ea s f o l l o w s ： ( 1 ) mi n f l u e n c i n gf a c t o r so fp o l y m e r i z a t i o nw e r ei n v e s t i g a t e da n dt h eo p t i m u m 浙江大学硕士学位论文英文摘要 r e a c t i o nf o r m u l aW a Si d e n t i f i e d T h ec o n j u g a t e s ：O A - P E G 5 ( O A ：E O = 1 ：5 ，m m ) ， O A - P E G l 0 ( O A ：E O = l ：1 0 ，m m ) a n dO A P E G l 5 ( O A ：E O = l ：1 5 ，m m ) w e r e s y n t h e s i z e du n d e rt h eo p t i m u mr e a c t i o nf o r m u l a ( 2 ) T h eO A P E Gc o n j u g a t e s w e r ec h a r a c t e r i z e d b yU VF T I Rs p e c t r o s c o p y , d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( D S C ) a n dg e lp e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p h y ( G P C ) T h er e s d t so fU vi n d i c a t e dt h a tt h em a x i m u ma b s o r p t i o np e a l ( o fO A - P E Gc o n j u g a t e s h a dn od i f f e r e n c ew i t ht h a to fO A A c c o r d i n gt oF T I Rs p e c t r aa n a l y s i s ，i tw a st h e c a r b o x y lg r o u p n o tt h eh y d r o x y lg r o u po fO At h a tr e a c t e dw i t hE O n l em o l e c u l a r w e i g h t so ft h es y n t h e s i z e dO A P E Gc o n j u g a t e sa sw e l la sm o l e c u l a rw e i g h td i s t r i b u t i o n i n d e xw e r eo b t a i n e db yG P C T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h em o l e c u l a rw e i g h t so f c o n j u g a t e si n c r e a S e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft h em a s sr a t i oo fE Oa n dO A T h em o l e c u l a r w e i g h td i s t r i b u t i o ni n d e xw a sa b o u t 1 1 ( 3 ) T h ew a t e rs o l u b i l i t ya n dp a r t i t i o nc o e f f i c i e n to fO Aa n dO A P E Gc o n j u g a t e s w e r ed e t e r m i n e d T h ew a t e rs o l u b i l i t yo fO A - P E Gc o n j u g a t e si n c r e a s e di n c r e d i b l y c o m p a r e d 诵t ht h ep a r e n td r u gO A M e a n w h i l e ，t h ep a r t i t i o nc o e f f i c i e n to fO A P E G c o n j u g a t e sW a sd e c r e a s e d n es o l u b i l i t yo fO A P E G l 5W a s3 6 5 x 1 0 4p g m L 一，w h i c h W a s7 8 4 9t i m e so fO A ( 4 ) ，n l ed i s s o l u t i o np r o f i l e so fO A - P E Gc o n j u g a t e sa n dO Aw e r ed e t e r m i n e d n e r e s u l t ss h o w e dt h a td i s s o l u t i o nr a t e so fc o n j u g a t e sw e r eo b v i o u s l ye n h a n c e d T h e s t a b i l i t yo fO A - P E Gc o n j u g a t e sW a Se v a l u a t e da c c o r d i n gt ot h ea p p e a r a n c e ，c o m e n t ，o r m o i s t u r ea b s o r p t i o nf o rO A T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eh e a ta n dl i g h ts t a b i l i t y e x p e r i m e n ts u g g e s t e dt h a tt h ec o n j u g a t e sw e r es t a b l e n eO A P E Gc o n j u g a t e sa b s o r b m o i s t u r ei nh u m i de n v i r o n m e n ts u g g e s t i n gt h ec o n j u g a t e ss h o u l db ep a c k a g e d 、析t l l b a r r i e rm a t e r i a l K e yw o r d s ：O A ；O A - P E GC o n j u g a t e s ；S o l u b i l i t y ；S t a b i l i t y V 浙江大学硕十学位论文致谢 致谢 本论文是在刘龙孝老师的悉心指导下完成的，对导师两年多来所给予的精心 指导和生活上的关心帮助表示诚挚的感谢。导师严谨细致的工作作风、一丝不苟 的科研态度、丰富的跨学科知识、忘我的工作精神和宽厚待人的学者风范使我受 益匪浅，将是我学习的典范。 衷心感谢金一老师、邱利焱老师以及所里曾帮助过我的老师。感谢博士生刘 聪，硕士毕业生解春英，硕士生孙亮亮在我的学习、研究和生活中给予的鼓励和 支持。衷心感谢精心审阅论文的全体老师。 本研究课题得到国家重大基础研究计划( 9 7 3 ) 项目( 2 0 0 9 C B 9 3 0 3 0 0 ) ，国家 自然科学基金( 3 0 9 7 3 6 8 2 ) 和国家重点高校基本科研费的资助，特此表示感谢。 最后特别感谢我的父母。他们所给予我的无私鼓励和帮助是我不懈努力的动 力。 苗旺 2 0 1 2 年1 月于浙江大学药学院 浙江大学硕士学位论文 绪论 1 1 药物的聚乙二醇化 1 绪论 聚- - 醇( p o l y e t h y l e n eg l y c o l ，P E G ) 是用环氧乙烷与水或乙二醇逐步加成聚合 得到的分子量较低的水溶性聚醚，其重复单元为氧乙烯基，端基为两个羟基，呈 线性或支化链状结构。P E G 是迄今为止已知高分子中蛋白和细胞吸收水平最低的 高分子f ，由于无毒及良好的生物相容性，P E G 已被F D A 批准为体内注射用高分 子。 药物的聚乙二醇修饰即聚乙二醇化，通常是将活化的聚乙二醇通过化学方法 偶联到蛋白质、多肽、小分子药物和脂质体上。1 9 7 7 年A b u c h o w s k i 等f 2 】首次将甲 氧基聚L - - 醇( m e t h o x yp 0 1 y e t h y l e n eg l y c o l ，m P E G ) 共价连接到蛋白质上，获得疗 效优于未修饰原型药物的m P E G 蛋白质结合物之后，P E G 修饰技术逐渐受到重视， 已成为目前药物化学修饰的研究热点。 聚7 - - 醇修饰的药物与未修饰的药物相比，具有以下突出的优点f 3 卅：( I ) 生 物活性增强；( 2 ) 对肿瘤有更强的被动靶向作用；( 3 ) 半衰期延长；( 4 ) 最大血 药浓度降低；( 5 ) 血药浓度波动较小；( 6 ) 酶降解作用减少；( 7 ) 免疫原性及抗 原性减小；( 8 ) 毒性降低；( 9 ) 溶解性提高；( 1 0 ) 用药频率减少 聚L - 醇与药物分子连接的方式大致可分为两种：永久性键合和非永久性键 合，其中非永久性键合的形式较为多见【7 1 。永久性键合，即P E G 通过化学键与药 物分子稳定结合，而药物分子仍然能够有效发挥药效，前期大多数蛋白类药物以 该方式与P E G 形成稳定结合物；非永久性键合，即P E G 通过化学键与药物分子问 形成“不稳定的结合”，该类结合物往往需要在一定的p H 值或某些特定酶存在的条 件下，水解释放出原游离药物后才能有效发挥疗效。 目前国内外对聚乙Z - 醇化的药物研究主要集中于蛋白质、多肽、以及抗癌药 物等，通常药物与聚乙二醇是以酸酐反应加以连接臂而成结合物。该法具有产率 低、反应步骤多等缺点。 l 浙江大学硕士学位论文绪论 本研究拟直接以含有活泼氢的难溶性药物齐墩果酸作为合成反应的起始剂， 在催化剂K O H 和冠醚的作用下与环氧乙烷进行阴离子开环聚合反应，合成系列聚 L - - - 醇化药物，从而提高药物溶解度和溶出度。本研究提出利用阴离子聚合反应 进行难溶性药物的聚乙二醇修饰，研究结果提供改善难溶性药物溶解度和溶出度 的新思路。 1 2 难溶性药物齐墩果酸 1 2 1 齐墩果酸的性质 齐墩果酸( o l e a n o l i ea c i d ，O A ，结构式见图1 1 ) 为五环三萜类药物，化学名 为( 3 D ) 一3 - H y - d r o x y o l e a n - 1 2 一e n - 2 8 一o i ca c i d ，分子式为C 3 0 I 1 4 8 0 3 ，为白色簇状针晶， 无色、无味、无嗅、不溶于水，可溶于乙醇、氯仿、乙醚、丙酮等。 H 图1 1 齐墩果酸的化学结构 F i g u r e1 1C h e m i c a l 姗c 咖o fO A O O H 近年来，美国F D A 提出了I = l 服药物按生物药剂学分类系统( b i o p h a n n a c e u t i c s c l a s s i f i c a t i o ns y s t e m ，8 c s ) 管理。L o b e n b e r gt s j 艺ZB C S 为基础，对生物利用度 2 浙江大学硕上学位论文绪论 ( b i o a v a i l a b i l i t y , B A ) 及生物等效I 生( b i o e q u i v a l e n c e ，B E ) 的研究现状和发展趋势进行 了深入探讨。B C S 是依据药物的通透性和溶解特征，将药物分成四大类，并根据 这两个特征参数预测药物在体内体外的相关性( 表1 1 ) 。按B C S 分类，齐墩果酸 属于类，溶解度和通透性都低。 表1 1 药物的B C S 分类与体内外相关性预测 T a b l e1 1B C Sc l a s s i f i c a t i o no fd r u g sa n di nv i t r o v i v oc o r r e l a t i o ne x p e c t a t i o n s 1 2 2 齐墩果酸的来源 在常用的植物中，如丁香、大枣、川西獐牙菜、女贞子、牛膝、西洋参、苏 合香、连翘、青叶胆，琵琶叶、柿叶、景天三七、人参、山芝麻、甘草、关木通、 东北龙胆、雪胆、橡木、小茴香、夏枯草中都含有O A 。O A 在五加科、葫芦科、 铁青树科、毛茛科等植物的根和根茎中主要以皂苷形式存在。在木樨科、龙胆科、 茜草科、苋科等植物的叶和果中主要以游离形式存在。【9 1 0 J 齐墩果酸主要是用有机溶剂如乙醇、丁醇和丙酮等从上述植物中提取出来的， 齐墩果酸必须和这些有机溶剂分离，因此L i u 等I 】测定了从2 8 8 3 K 3 2 8 3 K 范围内 齐墩果酸在这些有机溶剂和水中的溶解度，为齐墩果酸的分离提取提供了基础数 据。 浙江大学硕上学位论文绪论 1 2 3 齐墩果酸的药理作用 齐墩果酸具有保肝1 2 1 、抗炎【1 3 ，1 4 1 、抗肿瘤1 1 5 A 6 、降血脂u 7 1 、抗糖尿病【1 8 1 等作 用，是治疗慢性病毒性肝炎比较理想的药物，其毒性低，副作用小，临床使用安 全。但齐墩果酸在水中溶解度低【1 1 l ，溶出速度慢，吸收差，导致其体内生物利用 度低，严重限制了其在临床上的应用。 1 3 本文的研究目的和主要内容 本文以齐墩果酸为模型药物，研究聚L - - 醇化对难溶性药物的增溶作用。本 文的主要内容有： 第1 章介绍聚L - - 醇修饰的概念、优点和齐墩果酸的结构、性质、药理作用 以及聚乙二醇化在药学方面的应用。 第2 章系统研究了K O H 、冠醚、温度以及搅拌速度对聚合反应的影响，确定 了用高压反应釜合成齐墩果酸一聚乙二醇结合物的最佳反应条件。合成了环氧乙烷 和齐墩果酸质量配比分别为5 ，1 0 ，1 5 的齐墩果酸聚乙二醇结合物：O A P E G 5 ， O A P E G l O ，O A P E G l 5 。 第3 章采用U V 、I R 、D S C 对齐墩果酸聚乙二醇结合物进行分析测试，并推 测出结合物的化学结构通过G P C 测定了结合物的分子量和分子量分布。 第4 章测定了齐墩果酸和齐墩果酸聚L - - 醇结合物在水中的溶解度和油水分 配系数，结果表明齐墩果酸聚L - - 醇结合物可以大大提高齐墩果酸的溶解度并降 低其油水分配系数。 第5 章测定齐墩果酸聚乙二醇结合物的溶出度，并与齐墩果酸原药的溶出性 能进行比较。以外观性状、药物含量、吸湿性为指标参数考察了齐墩果酸聚乙二 醇结合物的稳定性。 第6 章进行全文总结。 4 浙江大学硕上学位论文齐墩果陵聚乙二醇结合物的合成 2 1 引言 2 齐墩果酸聚乙二醇结合物的合成 齐墩果酸在水中溶解度低，溶出速度慢，吸收差，导致其体内生物利用度低， 严重限制了其在临床上的应用。聚乙二醇修饰技术是目前药物化学修饰的研究热 点1 9 - 2 1 。聚乙二醇具有良好的水溶性、无毒、良好的生物相容性和无免疫原性等 优点，与药物形成结合物后其能够显著提高药物分子的水溶性，同时改善药物的 药动学和药效学特性，增加药物临床应用的范围和疗效，具有较好的开发应用前 兽 2 2 - 2 4 刀 o 本章以氢氧化钾和冠醚为催化剂，直接用合成聚乙二醇的原料环氧乙烷来和 药物齐墩果酸进行阴离子开环聚合反应合成齐墩果酸聚乙二醇结合物。考察 K O H 、冠醚、反应温度、搅拌速度、环氧乙烷与齐墩果酸的质量配比对反应的影 响，获得最佳反应条件。 2 2 材料与设备 齐墩果酸( 纯度9 8 0 ，成都市湔江制药厂) ；氢氧化钾( 分析纯，杭州萧山 化学试剂厂) ；冠醚( 分析纯，阿拉丁试剂有限公司) ；环氧乙烷( 工业级，三江 化工有限公司) ；1 , 4 二氧六环( A R ，上海凌峰化学试剂有限公司) 浓盐酸( G R ， 国药集团化学试剂有限公司) ；甲醇( 色谱级，天津四友精细化学品有限公司) ； 其它试剂均为分析纯。 C J F 一0 11 0 0m L 不锈钢高压反应釜( 巩义市予华仪器有限责任公司) ；R E3 0 1 旋转蒸发器( 巩义市英峪高科仪器厂) ；S H B 1 1 1 A 循环水式多用真空泵( 上海豫 康科教仪器设备有限公司) ；A L2 0 4 电子天平( 瑞士M e t t l e r ) 。 浙江大学硕士学位论文齐墩果酸聚乙二醇结含物的合成 2 3 合成机理 环氧化物的阴离子开环聚合可以用氢氧化物、醇盐、金属氧化物、金属有机 化合物或其它阴离子活性物来引发【2 5 ，2 6 1 。在阴离子开环聚合中，任何有活泼氢的化 合物( 如水、醇) 均可作为起始剂。引发反应被认为是环氧化物与碱金属氢氧化物或 其醇盐作用产生了醇盐阴离子，而这种阴离子在增长阶段通过与单体分子的连续开 环反应生成长链高分子，一般认为此反应是链式反应【2 7 2 引。如用引发剂R O 引发环 氧乙烷的聚合反应时引发反应如式( 1 ) 。 j c I c 立1 1 2 + 黔。，R o - c a , c n n 2 0 ( ) 7 然后进行增长反应： 怠 k o - c 嶝h O - + c f ；是H 厂一鼢瑚棚孵确嗨 圆 A 船卜删扣n 2 0 一+ J ，、 一弋叼轼H 归去翻私驷一 9 ) 本章中合成齐墩果酸聚L - - - 醇结合物的聚合反应属于阴离子开环聚合齐墩 果酸为起始剂，在催化剂K O H 和冠醚的作用下，通过与环氧乙烷的连续开环反应 生成齐墩果酸聚乙二醇结合物。本反应中齐墩果酸、K O H 、冠醚都是固体，不利 于与环氧乙烷反应，齐墩果酸在溶剂l ，4 二氧六环中的溶解度为3 1 2m g m L 2 9 1 ， 可以加入1 ，4 二氧六环来溶解齐墩果酸，创造均相反应条件。 2 4 合成方法 通过高压反应釜合成齐墩果酸聚乙二醇结合物的步骤如下： ( 1 )用分析天平称取反应量的齐墩果酸，氢氧化钾和冠醚置反应釜内，再 将3 3 3gl ，4 二氧六环一次性加至1 0 0m L 反应釜中，迅速盖上釜盖，拧紧螺丝。 ( 2 )通过反应釜气相管抽真空，使釜内压力达到0 0 9M P a 。 6 浙江大学硕士学位论文齐墩果酸聚乙二醇结合物的合成 ( 3 )通过气相管将氮气充入釜内，使釜内压力达到0 1M P a ，然后缓慢放掉 氮气，使釜内压力达到0M P a ( 重复充氮气并抽真空两次) 。 ( 4 )利用压力差将反应量的环氧乙烷加入反应釜中。 ( 5 )加料完毕，室温下搅拌3 0m i n 使固体溶解。 ( 6 )加热升温至所需反应温度，恒温反应，记录反应温度以及压力的变化 情况，反应后期压力不断下降，当3 0m i n 内压力不再变化时结束反应。 ( 7 )通冷却水使釜内温度降至3 0o C ，出料置于烧杯内记录产量，并进行后 处理。 ( 8 ) 在搅拌下，用盐酸中和产物的p H 至7 。 ( 9 )将产物转移至单口烧瓶中，进行旋蒸，1 ，4 二氧六环接收瓶中加入 0 1 4g 亚硫酸氢钠和5m L 蒸馏水。 ( 1 0 ) 旋蒸后期将油浴温度升至1 0 5o C 并保持3 0m i n ，尽量脱除溶剂1 ，4 二 氧六环。 ( 1 1 ) 收集产物，称量，计算产率并储存样品。 2 5 处方筛选 2 5 1K O H 对聚合反应的影响 按照路易斯酸碱理论，含活泼氢的物质是路易斯酸，环氧化合物是路易斯碱。 齐墩果酸聚L - 醇结合物的合成反应实质是酸与碱的反应，只是两者的活泼性不 如普通酸碱，反应需要借助催化剂。酸和碱均可以催化环氧乙烷的开环加成聚合 反应，酸可以活化环氧乙烷，使其发生断裂形成正碳离子，易与起始剂反应；碱 性催化剂则能够夺取起始剂上的活性氢，得到的起始剂负离子进攻环氧乙烷，从 而进行反应。 采用酸催化剂得到的产物具有理想的窄分子量分布，但反应时副产物较多， 可能生成较多的聚乙二醇和二氧六环等衍生物，使该类催化剂难以实际应用。而 7 浙江大学硕士学位论文齐墩果酸聚乙二醇结合物的合成 且，酸催化剂对不锈钢反应釜有腐蚀作用。目前，工业上广泛采用强碱性催化剂， 如K O H 等。强碱性催化剂的催化反应主要生成聚醚产物，副产物少，产品选择性 相对较高。【3 0 ，3 1 】 本研究选择K O H 作为合成齐墩果酸聚乙二醇结合物的催化剂，分别采用环 氧乙烷用量O 5 ，l ，1 5 ( w w ) 的K O H 进行聚合反应，考察K O H 用量对齐墩果 酸聚L - 醇结合物合成反应的影响 其它条件分别为：环氧乙烷1 5 0g ，齐墩果酸1 0 0 0 0g ，冠醚与K O H 的摩尔 比为1 ：I ，反应温度为1 4 0o C ，搅拌速度为5 0 0r p m ，1 , 4 二氧六环为3 3 3g 。 2 5 2 冠醚对聚合反应的影响 相转移催化( p h a s e t r a n s f e rc a t a l y s i s ，P T C ) 这一名词是由S t a r k s 3 2 1 于1 9 7 1 年 首次提出并正式使用的。相转移催化是指一种催化剂能促使或加速分别处于互不 相溶的两种溶剂( 液液两相体系或固液两相体系) 中的物质发生反应。反应时， 催化剂把一种实际参加反应的实体( 如负离子) 从一相转移到另一相中，使之与 底物相遇而顺利发生反应。P T C 法是一种新型有效的实验方法，该法可使某些用 传统方法难以实现的反应顺利进行，而且反应条件温和，操作简便，反应时间短， 选择性高，副反应少，产率高，因此引起了人们极大的关注。 冠醚是常用的相转移催化剂，其可折叠成一定半径的空穴，使氧原子处于一 边，能与适当大小的正离子形成络合物。形成的络合正离子能与水相中的负离子 形成离子对进入有机相中，从而起到相转移催化作用 3 3 1 。1 8 冠醚6 的空穴与钾离 子大小合适，因此选择1 8 冠醚6 作为聚合反应中的相转移催化剂。分别将聚合反 应控制在当冠醚与K O H 的摩尔比为0 ，O 5 ，l ，1 5 下反应，考察冠醚对齐墩果酸聚 L - 醇结合物合成反应的影响。 其它条件分别为：环氧乙烷1 5 0g ，齐墩果酸1 0 0 0 0g ，K O H 为1 5 0m g ，反 应温度为1 4 0o C ，搅拌速度为5 0 0r p m ，1 , 4 二氧六环为3 3 3g 。 8 浙江大学硕士学位论文齐墩果酸一聚乙二醇结合物的合成 2 5 3 温度对聚合反应的影响 温度对阴离子聚合反应有很重要的影响，提高温度可以加快阴离子聚合反应 的速度，缩短反应时间，但是温度过高，阴离子聚合反应非常激烈，反应将不易 控制，存在安全隐患，而且温度过高，副反应会增多，产物的颜色会变深，因此 找到合适的阴离子聚合反应温度非常重要。分别将聚合反应控制在1 3 0 ，1 4 0 ，1 5 0 0 c 下反应，考察反应温度对齐墩果酸聚乙二醇结合物合成反应的影响。 其它条件分别为：环氧乙烷1 5 0g ，齐墩果酸1 0 0 0 0g ，K O H 为1 5 0m g ， 冠醚为5 8 1m g ，搅拌速度为5 0 0r p m ，1 ，4 _ 二氧六环为3 3 3g 。 2 5 4 搅拌速度对聚合反应的影响 分别将聚合反应控制在搅拌速度为3 0 0 ，5 0 0 ，7 0 0r p m 下反应，考察搅拌速度对 齐墩果酸聚乙二醇结合物合成反应的影响。 其它条件分别为：环氧乙烷1 5 0g ，齐墩果酸1 0 0 0 0g ，K O H 为1 5 0m g ， 冠醚为5 8 1m g ，反应温度1 4 0 。C ，1 , 4 - 二氧六环为3 3 3g 。 2 5 5 不同环氧乙烷与齐墩果酸质量配比的结合物合成 通过比较K O H 用量、冠醚用量、反应温度和搅拌速度对聚合反应的影响，获 得最佳的反应处方。在最佳的反应处方下，合成环氧乙烷和齐墩果酸质量配比分 别为5 ，1 0 ，1 5 的齐墩果酸一聚7 _ , - - 醇结合物：O A P E G 5 ，O A - P E G l 0 ，O A P E G l 5 。 9 浙江大学硕士学位论文 齐墩果酸聚乙二醇结合物的合成 2 6 结果与讨论 2 6 1K O H 对聚合反应的影响 K O H 对聚合反应影响的实验结果见表2 1 。结果表明，随着K O H 用量的增加， 反应速度越来越快，反应时间越来越短。K O H 的用量对产物的产率影响不大，但 是当K O H 用量为环氧乙烷用量1 5 ( w w ) 进行聚合反应时，反应激烈，不易 控制，而且产物的颜色较深，因此选定K O H 用量为环氧乙烷用量的1 0 ( w w ) 。 表2 1K O H 对聚合反应影响的实验结果 T a b l e2 1R e s u l t so fe f f e c to fK O Ho np o l y m e r i z a t i o n 产率= ( 产物质量K O H 、冠醚、齐墩果酸和环氧乙烷的质量和) x 1 0 0 2 6 2 冠醚对聚合反应的影响 冠醚对聚合反应影响的实验结果见表2 2 。结果表明，冠醚加入到环氧乙烷聚 合体系中，增大了自由离子浓度，使反应速度大大增加在本实验中，反应速度 和产率都随冠醚与K O H 的摩尔比的增加而增加。冠醚与K O H 的摩尔比为1 ：1 时， 反应时间仅为2 1 2h ，反应速度是不用冠醚时的4 倍；当冠醚与K O H 的摩尔比为 1 5 时，与冠醚与K O H 的摩尔比为l 相比，反应时间、产率、颜色并没有明显的 不同，因此选定冠醚与K O H 复合作为催化剂，冠醚与K O H 的摩尔比为1 ：1 。 l O 浙江大学硕士学位论文 齐墩果酸聚7 _ , - - 醇结合物的合成 产率= ( 产物质量K O H 、冠醚、齐墩果酸和环氧乙烷的质量和) 1 0 0 2 6 3 温度对聚合反应的影响 温度是影响聚合反应速度和产物颜色的重要因素，温度对聚合反应影响的实 验结果见表2 3 。 表2 3 温度对聚合反应影响的实验结果 T a b l e2 3R e s u l t so fe f f e c to ft e m p e r a t u r eO i lp o l y m e r i z a t i o n 产率彪扣( 产物质量K O H 、冠醚、齐墩果酸和环氧乙烷的质量和) x 1 0 0 结果表明，反应速度随反应温度的升高而增大；产率随着反应温度的升高而 增加但是当反应温度为1 5 0o C 时，反应激烈，不易控制；产率略有下降；产物 颜色随着反应温度的升高而加深。虽然反应温度为1 3 0o C 时，产物颜色很浅，但 是反应时间偏长，产率偏低，因此确定1 4 0 0 C 为聚合反应的反应温度。 浙江大学硕士学位论文 齐墩果酸聚乙二醇结合物的合成 2 6 4 搅拌速度对聚合反应的影响 搅拌速度对聚合反应影响的实验结果见表2 4 结果表明，在反应物充分搅拌 混合均匀的前提下，搅拌速度对聚合反应的影响不大。 表2 4 搅拌速度对聚合反应影响的实验结果 T a b l e2 4R e s u l t so fe f f e c to fs t i rs p e e do np o l y m e r i z a t i o n 产率；( 产物质量K O H 、冠醚、齐墩果酸和环氧乙烷的质量和) x 1 0 0 最终确定合成齐墩果酸一聚乙二醇结合物的最佳反应条件为：K O H 的用量为 环氧乙烷质量的1 0 ，冠醚与K O H 的摩尔比为1 ：1 ，聚合反应温度为1 4 0o C ， 搅拌速度为5 0 0r p m 。 2 6 5 不同环氧乙烷与齐墩果酸质量配比的结合物的合成 用最佳反应条件合成环氧乙烷和齐墩果酸质量配比分别为5 ，1 0 ，1 5 的齐墩果 酸聚L - - 醇结合物：O A P E G 5 ，O A - P E G l 0 ，O A - P E G l 5 。合成结果如表2 5 所示。 1 2 浙江大学硕上学位论文 齐墩果酸聚乙二醇结合物的合成 表2 5 不同环氧乙烷与齐墩果酸质量配比的结合物的合成结果 T a b l e2 5R e s u l t so f s y n t h e s i so f O A - P E Gc o n j u g a t e so f v a r i o u sE O O Am a s sr a t i o e s 产率= ( 产物质量K O H 、冠醚、齐墩果酸和环氧乙烷的质量和) x 1 0 0 1 3 浙江大学硕士学位论文齐墩果酸聚乙二醇结合物的结构表征 3 1 引言 3 齐墩果酸聚L - - 醇结合物的结构表征 本章采用紫外光谱( U V ) 、红外光谱( I R ) 和差示扫描量热法( D S C ) 对齐墩 果酸聚L - - 醇结合物进行测试，并推测出结合物的化学结构。通过凝胶渗透色谱 仪( G P C ) 测定了结合物的分子量和分子量分布。 3 2 材料与仪器 齐墩果酸( 纯度9 8 0 ，成都市湔江制药厂) ；齐墩果酸聚乙二醇结合物： O A P E G 5 、O A P E G l 0 、O A P E G l 5 ( 实验室自制) ；甲醇( 色谱级，天津四友精 细化学品有限公司) ；其它试剂均为分析纯。 A L2 0 4 电子天平( 瑞士M e t t l e r ) ；N e x u s6 7 0 付里叶变换红外光谱仪( 美国 N i c o l e t ) ；S5 2 紫外分光光度计( 上海棱光技术有限公司) ；Q 2 0 0 差示扫描量热仪 ( 美国T A ) ；W a t e r s1 5 2 5 凝胶渗透色谱( 美国W a t e r s ) 。 3 3 结构表征 3 3 1 紫外光谱测定 分别取齐墩果酸原药，齐墩果酸聚7 - - 醇结合物：O A P E G 5 ，O A P E G l 0 ， O A P E G l 5 适量，用甲醇溶解，溶液浓度分别为0 0 2 7 、0 0 4 3 、0 0 5 1 、0 0 4 5m g m L 。 ( 基于O A ) ，以甲醇为空白做全波长扫描，比较分析各产物的紫外图谱。 1 4 浙江人学硕I j 学位论文齐墩果酸聚乙二醇结合物的结构表征 3 3 2 红外光谱测定 称取样品约4 0m g ，加入乙醇2m L ，振摇使其完全溶解，涂膜，蒸干溶剂乙 醇，测试，扫描范围4 0 0 0c m 1 4 0 0c m 。取齐墩果酸原药，齐墩果酸聚乙二醇结 合物：O A P E G 5 ，O A P E G l 0 ，O A P E G l 5 分别测试。 3 3 3D S C 测定 以空铝钳锅为参考池，另一空铝钳锅为样品池放入7 0m g 左右样品，扫描速 度1 0 。C m i n ，扫描范围0 。C 一3 2 0 。C 。N 2 气氛，流速为5 0m L m i n 。取齐墩果 酸原药，齐墩果酸聚乙二醇结合物：O A P E G 5 ，O A P E G l 0 ，O A P E G l 5 分别测 试。 3 3 4G P C 测定 将样品配制成5 ( w v ) 猷s 四氢呋喃溶液，使用M i x ，H R 3a n dH R I ( 3 0 0 x 7 5m m ) 色谱柱，柱温保持2 5o C ，以四氢呋喃为流动相，流速1m L m i n ，使用W a t e r s 凝 胶渗透色谱仪进行G P C 测定。采用己知分子量的聚苯乙烯标样校正。取齐墩果酸 原药，齐墩果酸一聚乙二醇结合物：O A P E G 5 ，O A P E G l 0 ，O A - P E G l 5 分别测试。 浙江人学硕I j 学位论文齐墩果酸聚乙二醇结合物的结构表征 3 4 结果与讨论 3 4 1U V O 6 O 5 0 4 蛊0 3 0 2 0 1 0 O 2 0 02 2 02 4 02 6 02 8 03 0 03 2 03 4 0 3 6 03 8 0 4 0 0 W a v e l e n g t h n m 图3 1 齐墩果酸和齐墩果酸聚乙二醇结合物的紫外扫描图 F i 9 3 1U Vs p e c t r ao fO A a n dO A P E Gc o n j u g a t e s 由图3 1 可知，齐墩果酸原药的最大紫外吸收峰为2 0 6n m ，合成齐墩果酸聚 乙二醇结合物后，其最大紫外吸收峰的位置没有发生改变，考虑到在2 0 6n m 时甲 醇也存在末端吸收，因此最终确定2 1 0n m 为H P L C 检测齐墩果酸原药和齐墩果酸 一聚乙二醇结合物的波长。 3 4 2I R 1 6 限结果示于图3 2 。图中，齐墩果酸原药分子中羰基的最强吸收在1 6 9 7c m - 1 浙江大学硕上学位论文齐墩果酸聚乙二醇结合物的结构表征 处，碳碳双键的吸收在1 6 5 0 c m 。左右，羰基和碳碳双键的吸收相近，在齐墩果酸 原药的红外光谱图中表现为1 7 0 0g i n - I 1 6 0 0t