CN101475666A - 热敏成相聚合物、其制备方法及相关的热-pH敏感再生型两水相体系 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热敏成相聚合物，其粘均分子量为103～105，由式I所示化合物和式II所示化合物经无规共聚而得到，其中式I所示化合物和式II所示化合物的摩尔比为10～20∶0.1～2，R1、R2、R3和R4分别选自H和C1～C6烷基中的一种，还提供了相关制备方法和形成的热－pH敏感再生型两水相体系，本发明的热敏成相聚合物对热敏感可逆溶解，可与pH敏感成相聚合物形成热－pH敏感再生型两水相体系，为全回用两水相体系，两成相聚合物均可以高效回收及循环使用，大大降低了使用成本，且回收简便，并可以保持生物质活性与稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及成相聚合物技术领域，更具体地，涉及热敏成相聚合物技术领域，特别是指一种热敏成相聚合物、其制备方法及相关的热-pH敏感再生型两水相体系。
背景技术
两水相体系是指聚合物与聚合物之间、或聚合物与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解所形成的互不相溶的两个水相体系。两水相体系具有界面张力低、分离过程温和生物相容性好的优点，在分离工程(特别是生物分离)中极具工业应用前景。但两水相体系中的成相聚合物不能回收和循环使用导致高成本和环境问题，从而障碍了其工业应用。
为了进一步降低分离成本和更好地保护环境，制备可回收循环使用的成相聚合物成为研究热点。
Patrickios等利用甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-2-(二甲氨基)乙酯和甲基丙烯酸苯乙酯为单体通过接枝聚合得pH敏感的成相聚合物(该成相聚合物为可回收成相聚合物)，其与聚乙烯醇可形成两水相体系(Patrickios C.S.，Hertler W.R.，Hatton T.A.Fluid Phase Equilibria，1995，108：243-245)；Tjerneld等人将EO-PO两端用憎水基团(如C14H29)进行修饰，单独用这种修饰过的共聚物(HM-EO-PO)就可形成两水相体系，上相几乎含100％水分，下相含5-7％的HM-EO-PO。该成相共聚物可通过温度诱导来回收(Johansson H.O.，Persson J.，Tjeneld F，Biotechnol.Bioeng.，1999，66(4)：247-257)。
此外，Berlo等利用挥发性盐类进行相体系回收(Mos V.B.，Karel C.A.M.L.，LunkA.M.V.D.W.，J.Chromatogr.B.，1998，711：61-68)；Toboada等人将PEG与硫酸钠组成两水相，采用蒸发水分，获得结晶硫酸钠的方法来回收下相的无机盐(Persson J，JohanssonH.O.，Galaev I.，Mattiasson B，Tjerneld F.Bioseparation，2000，9：105-116)。
综观上述现有技术，其存在的最大缺陷是：只解决了构成两水相体系中一相成相聚合物的回收问题。因此，研制用于构成全回用两水相体系(即两水相体系中两相成相聚合物均可回收及循环使用)的成相聚合物成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的就是针对以上存在的问题与不足，提供一种热敏成相聚合物、其制备方法及相关的热-pH敏感再生型两水相体系，该热敏成相聚合物对热敏感可逆溶解，可与pH敏感成相聚合物形成热-pH敏感再生型两水相体系，为全回用两水相体系，两成相聚合物均可以高效回收及循环使用，大大降低了使用成本，且回收简便，并可以保持生物质活性与稳定性。
为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种热敏成相聚合物，其特点是，所述热敏成相聚合物的粘均分子量为103～105，由式I所示化合物和式II所示化合物经无规共聚而得到，其中所述式I所示化合物和所述式II所示化合物的摩尔比为10～20:0.1～2，
其中，R1、R2、R3和R4分别选自H和C1～C6烷基中的一种。
上述热敏成相聚合物具有热敏感性，可与pH敏感聚合物形成热-pH敏感再生型两水相体系。
较佳地，所述R1、所述R2分别选自H和C1～C3烷基中的一种。
更佳地，所述R1为H；所述R2为异丙基；所述R3为H；所述R4为丁基。
较佳地，所述式I所示化合物和所述式II所示化合物的摩尔比为17.4:1。
较佳地，所述式I所示化合物是以丙烯酸为原料，先经酰氯化反应制得丙烯酰氯，然后再与胺反应后制得。其合成路线如下所示：
此外，式II所示化合物为市售品。
在本发明的第二方面，提供了一种制备上述的热敏成相聚合物的方法，其特点是，将所述式I所示化合物和所述式II所示化合物以摩尔比为10～20:0.1～2加入溶剂中，以偶氮二异丁腈为引发剂，在惰性气体存在下，于50℃～80℃进行聚合反应得到所述热敏成相聚合物。
较佳地，所述溶剂是苯、无水乙醚、四氢呋喃或乙醇，所述惰性气体为氮气。
较佳地，还包括步骤：用正己烷重结晶，并过滤干燥得到所述热敏成相聚合物的纯品。即，将反应得到的产物倒入正己烷中，有沉淀析出，过滤，所得固体物经干燥后即为本发明所说的可构成热-pH敏感再生型两水相体系的热敏成相聚合物，简记为共聚物PNB。共聚物PNB为一种温敏感型共聚物，即通过温度变化可将其从两水相体系中回收。
在本发明的第三方面，提供了一种热-pH敏感再生型两水相体系，其特点是，包括上述的或上述方法制备的热敏成相聚合物，及pH敏感成相聚合物。
较佳地，所述pH敏感成相聚合物是聚合物PADB。聚合物PADB是一种pH敏感成相聚合物，具体参见本申请人的中国专利申请(申请号：200810032619.5，发明名称：可组成全回用两水相体系的聚合物，公开号：CN101235120)。
本发明的有益效果具体为：本发明的设计并合成的热敏成相聚合物为热敏感可逆溶解，其可与pH敏感成相聚合物形成热-pH敏感再生型两水相体系，该热-pH敏感再生型两水相体系为全回用两水相体系，其中的本发明的热敏成相聚合物在升温条件下可回收，回收率超过95％，而pH敏感成相聚合物可以通过pH调节来回收，比如聚合物PADB在其等电点(PI为2.0～5.0)可以以沉淀方式将其从两水相体系中回收，因此，两成相聚合物均可以高效回收及循环使用，大大降低了使用成本，且回收简便，并可以保持生物质活性与稳定性。
附图说明
图1是本发明的热敏成相聚合物的一具体实施例和pH敏感成相聚合物PADB构成两水相的相图。
具体实施方式
为更好的理解本发明的内容，下面结合具体实施例作进一步说明。
实施例1 热敏感共聚物PNB制备
在具塞三角烧瓶中加入5g(0.04mol)异丙基丙烯酰胺(根据上述方程式自制)、0.3g(0.0023mol)丙烯酸丁酯(上海凌峰化学试剂有限公司、化学纯、规格500ml)，以100ml苯搅拌下充分溶解，1.0％molAIBN(上海试四赫维化工有限公司、化学纯、规格500ml)作为引发剂，充氮气10～15分钟，以充分去除氧气。塞子封住三角烧瓶口，65℃水浴摇床，250rpm转速下，反应24小时。反应结束，产物以正己烷沉淀，沉淀物干燥至恒重，得到最终产物，其粘均分子量为2.2×103。因为异丙基丙烯酰胺单体具有温敏性，故测定该聚合物的LCST为33℃。
实施例2 热-pH敏感再生型两水相体系配制
将实施例1制得的聚合物PNB与聚合物PADB按图1所示的相图进行配制，聚合物PNB和聚合物PADB在水中浓度达到图1中双结线以上时，可形成两水相。PNB在两相中的浓度可通过测定吸光度，通过与已知浓度的PNB标准曲线的计算中求得。而PADB在两相中的浓度可通过测定210nm处PADB的吸光度，通过与已知浓度的PADB标准曲线的计算中求得。
实施例3 热-pH敏感再生型两水相体系回收
PNB的回收可以通过调节温度至其低温临界溶解温度，聚合物会自行沉淀析出；调节溶液的pH值至PADB的等电点，也可以顺利的使该聚合物以沉淀的方式析出。PNB-PADB的回收率可通配制时加入的聚合物量减去两相中经过温-pH回收聚合物后残留的聚合物量而获得。残留聚合物量可通过上述分光光度法求得浓度，再乘以相体积或相重量而得。PNB-PADB的回收率也可用温-pH回收的沉淀蒸干至恒重而得。通过上述方法计算得聚合物PNB的回收率可达98％以上，聚合物PADB的回收率分别为97.0％以上，理论上可以循环使用至少60次。
实施例4 青霉素G、6-APA和苯乙酸在热-pH敏感再生型两水相体系分配实例
配制两水相体系，上相为3ml5wt％的PNB(由实施例1制得)，下相为1ml 5wt％的PADB，加入KCl，最终浓度为10mM，分配溶质青霉素G、6-APA和苯乙酸在上述两水相体系中，测定上述物质在上、下相中的浓度，计算得青霉素G的分配系数为3.87，3.54和1.76。
实施例5 热-pH敏感再生型两水相体系配制实例
配制两水相体系，上相为3ml 5wt％的PNB(由实施例1制得)，下相为1ml 5wt％的PADB。在此体系中进行固定化青酶素酰化酶的催化反应。底物与产物富集在上相，固定化酶分配在下相，底物青霉素从上相扩散到下相经酶裂生成产物6-APA和苯乙酸转移到上相，从而解除底物和产物抑制，提高酶催化效率。最终抗生素中间体6-APA的得率为95.4％，较通常水相反应的得率提高10％以上。
综上所述，本发明的热敏成相聚合物对热敏感可逆溶解，可以与pH敏感成相聚合物形成热-pH敏感再生型两水相体系，为全回用两水相体系，两成相聚合物均可以高效回收及循环使用，大大降低了使用成本，且回收简便，并可以保持生物质活性与稳定性。
需要说明的是，在本发明中提及的所有文献在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，以上所述的是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，在阅读了本发明的上述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改而不背离本发明的精神与范围，这些等价形式同样落在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种热敏成相聚合物，其特征在于，所述热敏成相聚合物的粘均分子量为103～105，由式I所示化合物和式II所示化合物经无规共聚而得到，其中所述式I所示化合物和所述式II所示化合物的摩尔比为10～20:0.1～2，
其中，R1、R2、R3和R4分别选自H和C1～C6烷基中的一种。
2.根据权利要求1所述的热敏成相聚合物，其特征在于，所述R1、所述R2分别选自H和C1～C3烷基中的一种。
3.根据权利要求2所述的热敏成相聚合物，其特征在于，所述R1为H；所述R2为异丙基；所述R3为H；所述R4为丁基。
4.根据权利要求1所述的热敏成相聚合物，其特征在于，所述式I所示化合物和所述式II所示化合物的摩尔比为17.4:1。
5.根据权利要求1所述的热敏成相聚合物，其特征在于，所述式I所示化合物是以丙烯酸为原料，先经酰氯化反应制得丙烯酰氯，然后再与胺反应后制得。
6.一种制备权利要求1所述的热敏成相聚合物的方法，其特征在于，将所述式I所示化合物和所述式II所示化合物以摩尔比为10～20:0.1～2加入溶剂中，以偶氮二异丁腈为引发剂，在惰性气体存在下，于50℃～80℃进行聚合反应得到所述热敏成相聚合物。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述溶剂是苯、无水乙醚、四氢呋喃或乙醇，所述惰性气体为氮气。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括步骤：用正己烷重结晶，并过滤干燥得到所述热敏成相聚合物的纯品。
9.一种热-pH敏感再生型两水相体系，其特征在于，包括权利要求1～5任一所述的或权利要求6～8任一所述的方法制备的热敏成相聚合物，及pH敏感成相聚合物。
10.根据权利要求9所述的热-pH敏感再生型两水相体系，其特征在于，所述pH敏感成相聚合物是聚合物PADB。
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