《有机化学》课件-16医药用有机高分子化合物简介

《有机化学》

第十六章医药用有机高分子化合物简介本章主要内容第一节高分子化合物概述一、有机化合物的基本概念二、分类三、命名（一）普通命名法（二）系统命名法四、高分子化合物的合成方法（一）加聚反应（二）缩聚反应第二节高分子化合物的结构与与性质一、高分子化合物的结构二、高分子化合物的特性第三节高分子化合物在医药中的应用一、高分子化合物在医学上的应用1.聚乙烯2.聚氯乙烯3.聚乳酸4.聚甲基丙烯酸甲酯5.甲壳素6.硅橡胶二、高分子化合物在药学上的应用1.聚丙烯酸和聚丙烯钠2.聚乙二醇3.聚乙烯醇4.聚乙烯基吡啶氧化物5.丙烯酸树脂6.聚乙烯吡咯烷酮第一节 高分子化合物概述一、有机化合物的基本概念二、分类三、命名（一）普通命名法（二）系统命名法四、高分子化合物的合成方法（一）加聚反应（二）缩聚反应二、分类高分子化合物是由很多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量很大（通常为）、具有重复结构单元的大分子有机化合物。单体能够用来合成高分子化合物的小分子化合物。链节组成高分子链的基本单位。聚合度聚合物分子中，单体单元的数目。二、分类1.按来源分类高分子化合物分为天然高分子和合成高分子两大类。2.按主链结构分类(a)碳链高分子。主链完全由碳原子组成。绝大部分烯类、二烯类聚合物属于这一类。如：聚乙烯。(b)杂链高分子。主链除碳原子外，还含有氧、硫、氮等杂原子。如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚等。(c)元素有机高分子。主链上不一定有碳原子，而是由硅、氧、铝、硼等其它元素构成，侧基则由有机基团组成。如：硅橡胶。(d)元素无机高分子主链上没有碳原子，而由无机元素或基团构成，如：聚氟磷氮等。二、分类3.按性能分类分为塑料、纤维和橡胶三大类。塑料、纤维和橡胶是合成高分子中产量最大的，它们与国民经济、人民生活关系密切，故称为“三大合成材料”。4.按用途分类分为通用高分子、工程材料高分子、功能高分子、仿生高分子、医用高分子、药用高分子、催化剂高分子和生物高分子等。5.按高分子化合物分子链的连接形式分类分为线型高分子和体型高分子。三、命名(一)系统命名法高分子化合物的系统命名法基本原则：(a)确定聚合物的最小重复单元。(b)排出次级单元的次序，两个原则：对乙烯基聚合物，先写有取代基的部分；连接元素最少的次级单元写在前面。(c)由小分子有机化合物的IUPAC命名重复单元。(d)在此重复单元名称前加一个“聚”字。如：聚(1-氯代乙烯)，聚(1-苯基乙烯)。三、命名(二)习惯命名法天然高分子化合物常用俗名。例如：纤维素、淀粉、蛋白质等。合成高分子化合物常根据制法、原料等来命名。1.由一种单体加聚反应制得的高分子化合物，在单体名称前面加一“聚”字来命名。例如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。2.两种或两种以上不同单体聚合成的高分子化合物，如果是加聚物，则在单体名称之后加上“共聚物”。例如：甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物；如果是缩聚物，一般在两种单体名称之后加上“树脂”，例如：苯酚-甲醛树脂（简称酚醛树脂）；有时按缩聚物的结构特征命名，例如：聚酯、酯酰胺等。3.以“橡胶”作为合成橡胶的词尾，如丁苯橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶等。四、高分子化合物的合成方法(一)加聚反应是一种或多种单体，通过分子中的双键以加成方式化合成高分子化合物，在反应过程中没有低分子的副产物生成，这种反应叫做加聚反应。加聚反应的特点是：①加聚反应所用的单体是带有双键或叁键的不饱和键的化合物。例如，乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯等；②加聚反应发生在不饱和键上；③加聚物分子量是单体分子量的整数倍。四、高分子化合物的合成方法1.均聚反应：由一种单体加聚而成，分子链中链节结构都是相同的，叫均聚物。均聚反应生成均聚物的化学反应叫均聚反应。例如：氯乙烯的聚合。

2.共聚反应：由两种或多种单体加聚而得到的高分子化合物叫做共聚物。共聚反应生成共聚物的化学反应过程。例如：氯乙烯和乙酸乙烯酯的聚合。四、高分子化合物的合成方法3.加聚反应的历程链的引发：主要有引发剂引发和光、热和辐射等激发。链的增长：链的终止：四、高分子化合物的合成方法(二)缩聚反应由小分子(单体)间相互作用，生成高分子化合物，同时生成低分子副产物（如水、醇、氨等）的反应称为缩聚反应。条件发生缩聚反应的化合物必须含有两个或两个以上的官能团，反应前后，原料和产物的化学组成发生变化。例如：己二酸与己二胺聚合成聚酰胺-66。四、高分子化合物的合成方法缩聚反应的特点①缩聚反应通常是官能团间的聚合反应，反应中有低分子副产物产生，如水、醇、胺等；②缩聚物中往往留有官能团的结构特征,如-OCO--NHCO-，故大部分缩聚物都是杂链聚合物；③缩聚物的结构单元比其单体少若干原子，故分子量不再是单体分子量的整数倍。第二节高分子化合物结构与性质一、高分子化合物的结构线型结构体型结构二、高分子化合物的特性1.质轻2.绝缘性3.可塑性4.强度高5.柔顺性6.结晶性一、高分子化合物的结构高分子链主要有两种结构类型一类是线型结构在线型结构（包括带有支链的）高分子物质中有独立的大分子存在，这类高聚物在溶剂中或加热熔融状态下，大分子可以彼此分离开来。特点线型结构的高聚物具有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆性较小的特点。一类是体型结构在体形结构（分子链间大量交联的）高分子物质中则没有独立的大分子存在，因而也没有相对分子质量的意义，只有交联度的意义。特点体型结构高聚物没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较大。二、高分子化合物的特性1.质轻相对于金属和玻璃而言比较轻，因为它们是由碳、氢、氧、氮等较轻的元素组成的有机化合物。密度约在1~2之间。最轻的泡沫塑料的密度大约只有0.01。2.绝缘性高分子化合物是一种优良的电绝缘体。由于高聚物分子中的化学键绝大多数是共价键，键的极性不大，不易发生电离，不导电，不会形成电流，具有较好的电绝缘性。是一种理想的电绝缘材料3.可塑性线性高分子化合物受热达到一定温度，就会软化成粘性的流体状态，因而具有良好的可塑性。这一过程时间较长，易于加工，且加工温度低，可以加工成各种形状的产品，使其得到广泛的应用二、高分子化合物的特性4.强度高高分子化合物具有良好的机械强度。其机械强度主要取决于聚集状态、聚合度及分子间作用力等。聚合度越大，分子间作用力就越大，强度也就越大。如果分子链的极性强，或有氢键存在，那么其强度就非常高。如，芳纶-1414纤维，具有耐磨、耐疲劳、耐冲击等特点，有“人造钢丝”之称。5.柔顺性线型高分子化合物的分子链很长，由于原子间的σ键可以自由旋转，分子链也能自由旋转，这样可以使每个链节的相对位置可以不断变化。这种性能称为高分子链的柔顺性。具有柔顺性的高分子化合物往往卷曲成无规则的线团，在拉伸时分子链被拉直，当外力消除后又卷曲收缩。所以一些高分子化合物具有弹性，柔顺性越大，弹性越好。二、高分子化合物的特性6.结晶性高分子化合物的结晶态与低分子化合物不同，是指分子链在其分子间作用力的影响下，有规则地排列成有序结构。结晶态的高分子化合物在开始固化时，由于分子链很长，高分子的粘度逐渐增加，此时沿高分子化合物的长链完全定向排列成有规则的结晶非常困难，因此高分子化合物从来不会完全结晶，除结晶区域还有非结晶区域存在。整个分子由几个结晶区和非结晶区构成，结晶区内的链段排列整齐，非结晶区部分链段是卷曲而又互相缠绕的。高分子化合物的结晶度愈大，机械强度愈大，熔点愈高，溶解与溶胀的趋势越小。第三节高分子化合物

在医药中的应用一、高分子化合物在医学上的应用1.聚乙烯2.聚氯乙烯3.聚乳酸4.聚甲基丙烯酸甲酯5.甲壳素6.硅橡胶二、高分子化合物在药学上的应用1.聚丙烯酸和聚丙烯钠2.聚乙二醇3.聚乙烯醇4.聚乙烯基吡啶氧化物5.丙烯酸树脂6.聚乙烯吡咯烷酮一、高分子化合物在医学中的应用1.聚乙烯(PE)由乙烯聚合而成，聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能(最低使用温度可达-70～-100℃),化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性的酸)。常温下不溶于一般溶剂,聚乙烯不溶于水，大部分呈半透明状。电绝缘性能优良。聚乙烯化学稳定性高，抗张强度大。聚乙烯塑料可作人工关节，整形材料，其纤维可作缝合线，也是药品包装和食品包装的常用材料。是用途极为广泛的高分子化合物。一、高分子化合物在医学中的应用2.聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)是白色或微黄色粉末，相对密度1.4，含氯量56%～58%。PVC具有阻燃；耐酸、碱；成形性好；机械强度及电绝缘性良好的优点。但其耐热性较差。具有稳定的物理化学性质，不溶于水、酒精、汽油；对盐类相当稳定，但能够溶解于醚、酮、氯化脂肪烃和芳香烃等有机溶剂。由于PVC的光、热稳定性较差，因此在实际应用中必须加入稳定剂以提高对热和光的稳定性。PVC可分为卫生级和普通级，因为残存单体氯乙烯是致癌物质，所以卫生级PVC一般要求单体含量小于。在医学上由于一次性医疗器械产品大多采用医用级聚氯乙烯（PVC），用作注射制品，输血袋、输液袋、血导管等。一、高分子化合物在医学中的应用3.聚乳酸(PLA)

聚乳酸是以乳酸为主要原料经聚合反应而制得。可发生水解而使高聚物降解，其制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时不会散发毒气，不会造成污染。实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。聚乳酸无毒，无刺激性并有良好的生物相容性。聚乳酸可作医用手术的缝合线及注射用微球，微囊，埋植剂等制剂的材料。药物的释放速度可通过选择不同的分子量，不同光学活性的乳酸共聚或不同种类的聚乳酸相混合以及添加适当的相混溶成分加以调节。一、高分子化合物在医学中的应用4.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

聚甲基丙烯酸甲酯俗称有机玻璃。具有极好的透明度（接近于玻璃）；它的机械加工性能优良，耐冲击、不易破碎，热稳定性和化学稳定性优良。临床上作口腔材料、隐形眼镜、人工关节和人工颅骨等。有机玻璃的缺点是表面硬度低、耐磨性差，并在80～90℃开始变形。一、高分子化合物在医学中的应用5.甲壳素甲壳素又名甲壳质、几丁质。存在于虾、蟹等的外壳、昆虫的甲壳、软体动物的壳和骨骼中，是一种来源于动物的大量存在的天然碱性多糖。将甲壳素在碱性条件下脱去乙酰基，就得到壳聚糖。壳聚糖的化学结构与纤维素相似，又具有纤维素所没有的特性。壳聚糖无毒，具有生物相容性、生物活性和生物降解性，且具有抗菌、消炎、止血、免疫等作用。壳聚糖在医疗上用作创伤被覆材料，用于烧伤、植皮部位的创面。以壳聚糖制成的棍棒形，可用作皮下和骨内埋植，有助于骨折后的愈合。还可制作吸收手术缝合线。一、高分子化合物在医学中的应用6.硅橡胶硅橡胶实际就是高分子量的线型聚有机硅氧烷经交联而成的一种体型高聚物。它具有优良的耐热性、耐寒性、弹性、介电性、耐油、防水、耐老化等性能，硅橡胶突出的性能是使用温度宽广，但硅橡胶的抗张强度和抗撕裂强度等机械性能较差，在常温下其物理机械性能不及大多数合成橡胶。硅橡胶是医用高分子材料中特别重要的一类，它具有优异的生理惰性，无毒、无味、无腐蚀、抗凝血、与机体的相容性好，能经受苛刻的消毒条件。可用做医疗器械、人工脏器等。如硅橡胶防噪音耳塞，硅橡胶鼓膜修补片，还有硅橡胶人造血管、人造气管、人造肺、人造骨、人造关节、硅橡胶十二指肠管等，功效都十分理想。二、高分子化合物在药学中的应用用高分子化合物有天然的、化学合成的和半合成的。有的具有生理活性，可作为高分子药物使用；有的作为载体药物，可用于局部或选择性针对病变部位给药；有的用作药物缓释剂。二、高分子化合物在药学中的应用1.聚丙烯酸和聚丙烯酸钠(PAA，PAA-Na)

聚丙烯酸（或其钠盐）是硬而脆的白色固体，吸湿性强，能溶于水等极性溶剂，不溶于非极性溶剂。其钠盐不溶于有机溶剂。聚丙烯酸具有羧酸的性质，可与氨水、三乙醇胺、三乙胺等发生中和反应，可与多价金属离子结合成不溶性的盐。其浓溶液的粘度增大，变成凝胶。所以聚丙烯酸和聚丙烯钠在医药上可作搽剂、软膏等外用药剂及化妆品中的基质。聚丙烯酸钠可在交联剂作用下形成不溶性的高聚物。这种不溶性的高聚物是一种高吸水性树脂，可吸收自身重量300～500倍的水。交联聚丙烯酸钠大量用作医用尿布、吸血巾、妇女卫生巾等一次性复合卫生材料的主要填充剂或添加剂。二、高分子化合物在药学中的应用2.聚乙二醇(PEG)

目前比较常见的聚乙二醇，由于聚合条件不同，低级的为液体，高级的为固体。聚乙二醇可溶于大多数的极性溶剂，其溶解度随分子量的增加而降低。不溶于非极性溶剂。有很强的吸湿性。聚乙二醇分子含有化学性质不活泼的醚的结构，故其性质稳定，不易发生反应，耐热，不易发霉，无毒性，无腐性，对皮肤无刺激性及敏感性。聚乙二醇可作软膏、栓剂的基质，还可同药物均匀混合在一起，制成药片，服用时，药物的释放由高分子在体内的溶解速度控制；也可用于液体药剂的增粘、增溶及稳定剂；还可用于薄膜片的增塑剂、致孔剂。二、高分子化合物在药学中的应用3.聚乙烯醇(PVA)

它是由聚醋酸乙烯经醇解而制得。是白色或淡黄色粉末状或颗粒状的高聚物。溶于水，而在酯、醚、酮及高级醇中微溶或不溶。性能介于塑料和橡胶之间，具有良好的粘着性能。聚乙烯醇分子链上的羟基易发生醚化、酯化和缩醛化反应，与双官能团试剂发生交联反应而生成不溶性高聚物，与硼酸水溶液作用发生不可逆的凝胶化现象。聚乙烯醇对眼、皮肤无毒、无刺激，是一种安全的药用高分子材料，可用作外用辅料，药液的增粘剂；也用作微型胶囊的囊材、缓释剂、膜剂和涂膜剂的成膜材料等，应用效果良好。也是一种良好的水溶性成膜材料。二、高分子化合物在药学中的应用4.聚乙烯基吡啶氧化物(PVNO)

聚乙烯基吡啶氧化物是一种有效的抗矽肺药物。PVNO不仅能阻滞石英对巨噬细胞的毒性作用，并且在矽肺的治疗中也有明显的抑制纤维化进展的作用。二、高分子化合物在药学中的应用5.丙烯酸树脂通常把丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸等单体的共聚物作为药物制剂中的薄膜包衣材料，统称为丙烯酸树脂，实际是一大类树脂。丙烯酸树脂具有良好的成模性。丙烯酸树脂易溶于甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮等有机溶剂中，在水中的溶解度取决于侧链基团的性质和水溶液的pH值：侧链上含有羧基的，能在中性和弱碱性的小肠溶液中溶解；侧链为酯基和其