一種嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠及其製備方法
2023-06-03 09:50:01 1
專利名稱：一種嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠及其製備方法。
背景技術：
水凝膠是指一種主鏈或支鏈含有大量親水性基團並吸附有大量水分的具有三維網狀結構的交聯聚合物。水凝膠在水中溶脹但不溶解，在保持一定形狀的同時含有大量水分。根據對環境刺激應答不同可分為對刺激不敏感的傳統水凝膠和對刺激產生響應的環境敏感水凝膠，後者又稱智能水凝膠。所謂智能性水凝膠，是指在外界物理和化學因素，如溫度、pH、光、電、磁、聲、力和化學物質等的刺激下自身體積和形狀可以發生可逆變化的水凝膠。由於智能型水凝膠的獨特響應性，在化學轉換器、記憶元件開關、傳感器、人造肌肉、化學存儲器、分子分離體系、活性酶的固定、組織工程、藥物載體等方面具有很好的應用前景。
在生物相關過程中，往往伴隨著環境或自身pH的變化，這一點使得pH響應型水凝膠成為了智能水凝膠研究領域的重點之一。該類水凝膠的研究開展也相對較早。最早報導的pH敏感水凝膠是聚丙烯醯胺，它是在1978年Tanaka測定其凝膠溶脹比時發現的。隨後人們又相繼發現和製備了多種PH敏感的水凝膠。總的來說，這些水凝膠溶脹或去溶脹的響應特性是隨PH值的變化而發生變化的，可通過在弱聚電解質中引入少量疏水性結構單元而實現，其中疏水微區相當於物理交聯，能干擾聚電解質解離所引起的溶脹。具有PH響應性的水凝膠一般都是通過交聯而形成大分子網絡，網絡中含有大量易水解或質子化的酸、鹼基團，如羧基和氨基。這些基團的解離受外界PH的影響當外界pH變化時，這些基團的解離程度相應改變，造成內外離子濃度改變；並引起網絡內氫鍵的生成或斷裂，導致凝膠的不連續體積相變。由於大多數合成高分子的生物相容性和生物降解性較差，限制了其在生物醫藥方面的應用。於是具有良好生物相容性、無毒、環境友好，並具有較多活性基團的天然高分子近年來逐漸成為製備水凝膠的理想材料。與此相對應，與合成高分子相比，天然高分子水凝膠具有低毒性、良好的生物相容性、對環境敏感以及低廉的價格等優點，然而機械強度差，性能不穩定，易降解等不足還有待於改善。由此看見，將低毒性、良好的生物相容性和生物降解性、優良的機械性能和環境敏感性這幾點完美結合起來，製備出新型、綠色的智能水凝膠是今後努力的研究方向。糖類化合物作為一種天然可再生生物質資源，具有石油化工原料所不具備的良好的生物相容性、生物降解性、無毒、無刺激等優勢，因此，引入糖基的PH敏感智能水凝膠具有廣闊的應用前景。
發明內容
本發明的目的是為了獲得一種生物相容性良好的pH響應型智能水凝膠，通過引入糖類小分子，製備了一種結構可控的嵌段結構PH響應型智能水凝膠
本發明的技術解決方案是
一種嵌段結構PH響應型糖基智能水凝膠，在整體分子結構上為嵌段結構；製備中以小分子糖類為原料，經過與含有雙鍵的滷代烴或不飽和醯滷進行醚化或酯化反應，製備糖基單體；採用的聚合方法為可逆加成斷裂鏈轉移自由基聚合。小分子糖類為己糖和戊糖，主要是葡萄糖、果糖、半乳糖。引入可聚合雙鍵的醚化和酯化試劑為不飽和滷代烴和不飽和醯滷，主要為3-氯丙烯、3-溴丙烯、丙烯醯氯、甲基丙烯醯氯之一。
pH敏感單體主要有含弱酸性和弱鹼性基團兩類，其中含弱酸性基團單體為丙烯酸或甲基丙烯酸，含弱鹼性基團單體為4-乙烯基吡啶或N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯。可逆加成斷裂鏈轉移自由基聚合中的鏈轉移劑為雙硫酯型，主要為雙硫代苯甲酸苄酯、雙硫代苯甲酸甲基苄酯、雙硫代苯甲酸二甲基苄酯之一。一種嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠的製備方法，製備步驟如下
A :將小分子糖類單體經過OH保護，與含有雙鍵的滷代烴或者不飽和醯滷，製備含有雙鍵的可聚合糖基單體；
B :通過格氏試劑法製備雙硫代苯甲酸酯鏈轉移劑，將雙硫代苯甲酸酯鏈轉移劑與上一步所製得的可聚合糖基單體加入到一定量四氫呋喃中，在惰性氣體保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈，在70°C下，進行糖基單體的聚合，當糖基單體聚合完成後，加入pH敏感單體共聚，得到嵌段結構糖基聚合物；
C :將製備的嵌段結構糖基聚合物，在稀酸中水解游離0H，得到目標嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠。本發明與現有技術相比具有以下優點1.製備了凝膠分子骨架為嵌段結構，並且其結構可以調控；2.本發明所使用的原料為糖類化合物，提高了生物相容性。
圖I糖基嵌段結構智能水凝膠示意圖。
具體實施例方式 為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例對本發明作進一步詳述，下列實施例僅用於解釋本發明，並不構成對本發明保護範圍的限定。如圖I所示，一種嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠，在整體分子結構上為嵌段結構；製備中以小分子糖類為原料，經過與含有雙鍵的滷代烴或不飽和醯滷進行醚化或酯化反應，製備糖基單體；採用的聚合方法為可逆加成斷裂鏈轉移自由基聚合；小分子糖類為己糖和戊糖，主要是葡萄糖、果糖、半乳糖；引入可聚合雙鍵的醚化和酯化試劑為不飽和滷代烴和不飽和醯滷，主要為3-氯丙烯、3-溴丙烯、丙烯醯氯、甲基丙烯醯氯之一 ；pH敏感單體主要有含弱酸性和弱鹼性基團兩類，其中含弱酸性基團單體為丙烯酸或甲基丙烯酸，含弱鹼性基團單體為4-乙烯基吡啶或N，N- 二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯；可逆加成斷裂鏈轉移自由基聚合中的鏈轉移劑為雙硫酯型，主要為雙硫代苯甲酸苄酯、雙硫代苯甲酸甲基苄酯、雙硫代苯甲酸二甲基苄酯之一。一種嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠的製備方法，製備步驟如下
A :將小分子糖類單體經過OH保護，與含有雙鍵的滷代烴或者不飽和醯滷，製備含有雙鍵的可聚合糖基單體:通過格氏試劑法製備雙硫代苯甲酸酯鏈轉移劑，將雙硫代苯甲酸酯鏈轉移劑與上一步所製得的可聚合糖基單體加入到一定量四氫呋喃中，在惰性氣體保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈，在70°C下，進行糖基單體的聚合，當糖基單體聚合完成後，力口入pH敏感單體共聚，得到嵌段結構糖基聚合物；C :將製備的嵌段結構糖基聚合物，在稀酸中水解游離0H，得到目標嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠。實施例I :
烯丙基雙丙酮葡萄糖的合成在裝有溫度計回流冷凝管的250mL的四口燒瓶中，力口入乾燥的無水丙酮150 mL和粉碎並乾燥的葡萄糖9. O g(0. 05 mol),加入催化劑無水FeCl3(1.7g，O. Olmol)。在超聲條件下回流反應2h。然後加稀Na2CO3溶液300 ml, CHCl3萃取三次(50 ml X 3)，合併有機相併用飽和食鹽水洗滌(50 ml X 3)，用無水Na2SO4乾燥，過濾減壓蒸餾，得粗產物，收率為75.8%，用環己烷重結晶得白色結晶雙丙酮葡萄糖DAG。在250mL乾燥潔淨的三口燒瓶中，加入DAG (10 g,0. 04mol)和80mL乾燥四氫呋喃攪拌溶解，在氮氣保護下，將60%氫化鈉(2. 4g,0. 052 mol)，然後在40°C條件下，攪拌反應lh，緩慢滴加烯丙基溴(5.458，0.04511101)，滴加結束後，繼續反應311。過濾除去不溶物，減壓除去溶齊U，得到3-烯丙基雙丙酮葡萄糖，收率為89. 1%。
雙硫代苯甲酸二甲基苄酯的合成在恆壓滴液漏鬥中加入50 mL乾燥的四氫呋喃和10. 5 mL(0. 10 mol)溴苯。在裝有溫度計的250mL的四口燒瓶中，加入稱取表面已除去氧化層的鎂條2. 50 g(0. 105 mol，稍過量)，加入一粒碘，在氮氣保護下，先滴加10 mL混合液，微熱引發反應後，逐滴加入溴苯的四氫呋喃溶液，加畢反應2 h。將反應體系用冰水浴冷卻，恆壓滴液漏鬥中加入9 mL 二硫化碳和50 mL四氫呋喃，滴加結束後，升溫至50°C反應I h。傾倒反應液至250 mL圓底燒瓶，同時除去未反應的鎂條，抽真空除去THF。先加入50 mL乙醚，然後加入80 mL冰凍的7-8%的氯化銨，分出上層紫紅色有機層，無水硫酸鈉乾燥，過濾後室溫下真空除去溶劑，得到紅紫色雙硫代梭酸。加入50 mL四氯化碳和11.7g(0. 10 mol)的a-甲基苯乙烯，70°C反應5h，所得產物抽真空除去溶劑，用矽膠為固定相，石油醚為流動相，進行柱分離，濃縮後得到紫紅色油狀液體。產物用正己烷重結晶，最終得到紫色晶體13. 8 g，收率53. 4%。在裝有溫度計的250 mL的四口燒瓶中，加入四氫呋喃100 ml，然後加入烯丙基雙丙酮葡萄糖10. O g和雙硫代苯甲酸二甲基苄酯0.2 g，在氮氣保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈AIBN 0. 05 g，在70°C水浴中，反應2h，採用TLC檢測烯丙基糖基單體聚合完全；隨後加入共聚單體丙烯酸10. O g，在70°C下繼續聚合反應5h。加入2 mol/L的鹽酸進行水解脫保護的丙酮，水解2h，甲醇沉澱，乾燥，得到「糖基-丙烯酸」嵌段結構糖基水凝膠13. 7 g。實施例2:
與實施例I的區別在於在裝有溫度計的250 mL的四口燒瓶中，加入四氫呋喃100 ml,然後加入烯丙基雙丙酮葡萄糖10. O g和雙硫代苯甲酸二甲基苄酯0.2 g，在氮氣保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈AIBN 0. 05 g，在70°C水浴中，反應2h，採用TLC檢測烯丙基糖基單體聚合完全；隨後加入共聚單體甲基丙烯酸10. O g，在70°C下繼續聚合反應5h。加入2mol/L的鹽酸進行水解脫保護的丙酮，水解2h，甲醇沉澱，乾燥，得到「糖基-甲基丙烯酸」嵌段結構糖基水凝膠14. 2 g。實施例3
與實施例I的區別在於在裝有溫度計的250 mL的四口燒瓶中，加入四氫呋喃100 ml,然後加入烯丙基雙丙酮葡萄糖10. O g和雙硫代苯甲酸二甲基苄酯0.2 g，在氮氣保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈AIBN 0. 05 g，在70°C水浴中，反應2h，採用TLC檢測烯丙基糖基單體聚合完全；隨後加入共聚單體N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯10. O g，在70°C下繼續聚合反應5h。加入2 mol/L的鹽酸進行水解脫保護的丙酮，水解2h，甲醇沉澱，乾燥，得到「糖基-N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯」嵌段結構糖基水凝膠12.9 g。實施例4:
與實施例I的區別在於在裝有溫度計的250 mL的四口燒瓶中，加入四氫呋喃100 ml,然後加入烯丙基雙丙酮葡萄糖10. O g和雙硫代苯甲酸二甲基苄酯O. 2 g，在氮氣保護下，力口入引發劑偶氮二異丁腈AIBN O. 05 g，在70°C水浴中，反應2h，採用TLC檢測烯丙基糖基單體聚合完全；隨後加入共聚單體4-乙烯基吡啶10.0 g，在70°C下繼續聚合反應5h。加入
2mol/L的鹽酸進行水解脫保護的丙酮，水解2h，甲醇沉澱，乾燥，得到「糖基-4-乙烯基吡啶」嵌段結構糖基水凝膠15. 8 g。
本發明製備了凝膠分子骨架為嵌段結構，並且其結構可以調控；本發明所使用的原料為糖類化合物，提高了生物相容性。
權利要求
1.一種嵌段結構PH響應型糖基智能水凝膠，其特徵在於在整體分子結構上為嵌段結構；製備中以小分子糖類為原料，經過與含有雙鍵的滷代烴或不飽和醯滷進行醚化或酯化反應，製備糖基單體；將糖基單體和PH敏感單體通過可逆加成斷裂鏈轉移劑，經可逆加成斷裂鏈轉移自由基聚合製備嵌段結構PH響應型糖基智能水凝膠。
2.根據權利要求I所述的一種嵌段結構PH響應型糖基智能水凝膠，其特徵在於所述的小分子糖類為己糖和戊糖。
3.根據權利要求2所述的一種嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠，其特徵在於所述小分子糖類選自葡萄糖、果糖、半乳糖。
4.根據權利要求I所述的一種嵌段結構PH響應型糖基智能水凝膠，其特徵在於所述的含有雙鍵的滷代烴或不飽和醯滷為3-氯丙烯、3-溴丙烯、丙烯醯氯、甲基丙烯醯氯之一。
5.根據權利要求I所述的一種嵌段結構PH響應型糖基智能水凝膠，其特徵在於所述的PH敏感單體主要有含弱酸性和含弱鹼性基團兩類，其中含弱酸性基團單體為丙烯酸或甲基丙烯酸，含弱鹼性基團單體為4-乙烯基吡啶或N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯。
6.根據權利要求I所述的一種嵌段結構PH響應型糖基智能水凝膠，其特徵在於所述的可逆加成斷裂鏈轉移自由基聚合中的鏈轉移劑為雙硫酯型。
7.根據權利要求6所述的一種嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠，其特徵在於所述的可逆加成斷裂鏈轉移自由基聚合中的鏈轉移劑為雙硫代苯甲酸苄酯、雙硫代苯甲酸甲基苄酯、雙硫代苯甲酸二甲基苄酯之一。
8.根據權利要求I所述的一種嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠的製備方法，其特徵在於製備步驟如下 A :將小分子糖類單體經過OH保護，與含有雙鍵的滷代烴或者不飽和醯滷，製備含有雙鍵的可聚合糖基單體； B :通過格氏試劑法製備雙硫代苯甲酸酯鏈轉移劑，將雙硫代苯甲酸酯鏈轉移劑與上一步所製得的可聚合糖基單體加入到一定量四氫呋喃中，在惰性氣體保護下，加入引發劑偶氮二異丁腈，在70°C下，進行糖基單體的聚合，當糖基單體聚合完成後，加入pH敏感單體共聚，得到嵌段結構糖基聚合物； C :將製備的嵌段結構糖基聚合物，在稀酸中水解游離0H，得到目標嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠。
全文摘要
本發明涉及了一種嵌段結構pH響應型糖基智能水凝膠及其製備方法，其整體結構為嵌段型；製備中以小分子糖類分子為原料，經過酯化和醚化反應，首先合成含有可聚合雙鍵的糖基單體，然後以雙硫酯為鏈轉移劑，通過可逆加成斷裂鏈轉移劑自由基聚合方法與pH敏感單體聚合製備了嵌段結構的糖基智能水凝膠。本發明製備了凝膠分子骨架為嵌段結構，並且其結構可以調控，而且，本發明所使用的原料為糖類化合物，提高了生物相容性。
文檔編號C08F293/00GK102964547SQ20121051436
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月5日 優先權日2012年12月5日
發明者孫同明, 朱金麗, 湯豔峰, 姜國民, 丁津津, 張素梅, 高鵬飛, 項蕊 申請人:南通大學