CN102757566A

CN102757566A - 一种提纯聚酰胺-胺树状大分子的新方法

Info

Publication number: CN102757566A
Application number: CN2012102000952A
Authority: CN
Inventors: 王宗廷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明涉及一种提纯聚酰胺-胺树状大分子的新方法。具体地说，是采用萃取结合减压蒸馏提纯方法。树状大分子的提纯贯穿每一个半代合成环节的全过程，会深刻影响高代数树状大分子的结构完整性及其应用性能。本发明的提纯聚酰胺-胺树状大分子方法较先前报道的减压蒸馏法具有操作简便、速度快、效果优等优点，提纯后称重法收率从远远超过100％降到100％以下，产品颜色变浅，呈淡黄色。红外光谱显示提纯后的聚酰胺-胺树枝状大分子纯度高。该提纯技术对于高品质PAMAM的生产有重要指导意义。

Description

一种提纯聚酰胺-胺树状大分子的新方法

技术领域

本发明涉及的是一种大分子提纯工艺，具体涉及的是一种提纯采用发散法合成聚酰胺-胺树状大分子的新方法。

背景技术

树状大分子(dendrimer)是通过支化基元逐步反应得到的、高度支化的具有树状结构的超大分子，其结构有着极好的几何对称性，而且分子的体积、形状可以得到精确控制。随着对树状聚合物各方面研究的不断深入，许多独特的性质(熔点大幅下降、张力强度增强、导电增强、机械强度增强)逐渐被人们发现，其应用前景越来越引起人们的关注，如在催化、纳米新材料、医药、微电子、服装面料、染料、塑料、液晶材料等方面都有许多新的应用。

树状大分子的合成按合成方式可分为发散式合成法、收敛式合成法和发散收敛结合法。发散式合成法的特点是化合物增长过程中反应点逐渐增多，缺点是末端官能团反应不完全将会导致下一级产物产生缺陷，而且随分子的增大，这种现象出现的机会也就越大，这样就对提纯提出了更高的要求。收敛式合成法是从所需合成的树状大分子的边缘部分开始，向内进行。与发散合成相比，在合成单分散性树状大分子、提纯和表征等方面优于发散合成，但收敛法反应产率较低。发散收敛结合法是先用发散法制备出低代数的PAMAM树状分子，作为活性中心，再用收敛法制得一定代数的扇形分子，称为“支化单体”，然后再将“支化单体”接到活性中心上就可合成出PAMAM树状大分子。目前国内外对此法的研究较少，还有待进一步研究。

PAMAM树状大分子的合成方法很多，本实验仍采用发散式合成法进行合成。

反应以无水乙二胺与丙烯酸甲酯(MA)为原料，在无水甲醇为反应溶剂的体系中，首先通过彻底的迈克尔加成反应得到0.5G PAMAM，再将0.5GPAMAM与乙二胺通过酯酰胺化缩合反应得1.0G PAMAM，如此反复即可得到不同代数的PAMAM。

具体反应方程式如下：

(a)0.5G PAMAM合成：

(b)1.0G PAMAM合成：

(c)其余代数合成：通过重复以上半代和整代合成步骤制备更高代数的产品，反应结束后通过称重法计算产品收率：

收率％＝(产品质量/理论产品质量)×100％

目前国内外对聚酰胺-胺树状大分子的合成主要采用发散式方法，从结果来看收率都高于110％，说明PAMAM的分离和纯化比较困难，亟待改进，因此优化其合成条件，寻找新的提纯分离手段，制备高纯度PAMAM仍具有十分重要的理论和实际意义。使用最广泛、最简便的分离提纯方法是减压蒸馏或减压旋转蒸发，但这种方法只对低代产品有效，且效果有限。残留的少量原料在下一代产品的合成过程中又会生成低代产物，再通过减压蒸馏或旋转蒸发就很难去除。国内外文献有关PAMAM提纯方面的报道很少，如罗吾钧采用毛细管电泳成功分离提纯1.0GPAMAM，然而对高代产品的提纯效果不理想；高秋端应用柱色谱对0.5G和1.5G等半代产品提纯有一定作用，而对整代的和高代的产品无能为力，李连超等采用纳滤膜分离技术纯化树状大分子，通过HPLC和元素分析测试了纯化前后的纯度，证明了纳滤膜是可以提高树状大分子的纯度，但是需要纳滤设备、成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种简便可行且经济的方法，采用萃取结合减压蒸馏法对聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)整代及高代数产品进行提纯，取得良好的提纯分离效果。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的。该方法是在反应结束的聚酰胺-胺树状大分子反应釜中加入甲醇溶解后，移入分液漏斗，再加入适量萃取剂，振荡均匀后静置，溶液分层，上层为萃取液层，下层为PAMAM层。下层转移至另一分液漏斗中。如此萃取三次后，将PAMAM层减压蒸馏即得纯化的PAMAM。用红外光谱法对其结构进行表征。；每次合成的半代产品都要经过提纯后，方可进入下一个半代的产品合成。

本发明提出的萃取结合减压蒸馏的提纯方法，由于选取的萃取剂不与被萃取的物质反应，既能萃取出过量的反应原料，还能萃取出整代产品中残留的低代数的半代产物，从而大大提高了产品的纯度，为合成高代数并且结构规整的PAMAM打下基础。同时，由于萃取操作在室温下进行，克服了高温下操作导致产品颜色变黄的问题。萃取剂可以回收再利用，而且溶剂甲醇、过量的原料乙二胺、丙烯酸甲酯以及萃取出的0.5G杂质都可以回收再利用，使生产成本大大下降。因此该方法具有操作简单、快速等优点，可以用于发散法合成的聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)的提纯，为合成高品质的PAMAM提供技术支持，为其它树状大分子的合成与提纯提供借鉴。

附图说明：

图1,2.0代PAMAM减压蒸馏红外光谱图

图2,2.0代PAMAM减压蒸馏结合萃取红外光谱图

图3,4.0代PAMAM减压蒸馏红外光谱图

图4,4.0代PAMAM减压蒸馏结合萃取红外光谱图

具体实施方式

实施例1(以3.0代聚酰胺-胺提纯为例)

称取约9.3705g(约0.00334mol)2.5G PAMAM树状大分子于三口烧瓶中，将30.642g甲醇加入三口瓶中将2.5G PAMAM充分溶解，在冰水浴，氮气保护条件下机械搅拌30min脱氧，然后将6.4194g(约0.107mol)乙二胺用滴液漏斗滴入三口瓶中，继续搅拌30min。将三口瓶放入25℃恒温水浴中反应48h，反应全程通氮气保护。

反应48h后，对产品进行减压蒸馏，除去大部分的乙二胺和甲醇，得到3.0G PAMAM树状大分子的粗产品。粗产品用甲醇溶解，再减压蒸馏。这样经过5次洗涤减压蒸馏得到最终的产物。采用称重法计算收率，收率为104.4％，超过100％，说明产品中含有未除净的原料小分子和低代数副产物。

实施例2(以3.0代聚酰胺-胺提纯为例)

称取约9.3705g(约0.00334mol)2.5G PAMAM树状大分子于三口烧瓶中，将30.642g甲醇加入三口瓶中将2.5G PAMAM充分溶解，在冰水浴，氮气保护条件下机械搅拌30min脱氧，然后将6.4194g(约0.107mol)乙二胺用恒压滴液漏斗滴入三口瓶中，继续搅拌30min。将三口瓶放入25℃恒温水浴中反应48h，反应全程通氮气保护。

反应48h后，对产品进行减压蒸馏，除去大部分的乙二胺和甲醇，得到3.0G PAMAM树状大分子的粗产品。粗产品用少量甲醇溶解后用萃取剂(乙酸乙酯)萃取，体系分为两层，上层为萃取液层，下层为PAMAM层。下层转移至另一分液漏斗中。如此萃取三次后，产品再减压蒸馏除去甲醇和乙酸乙酯，最终得到3.0G PAMAM，计算收率，收率为102.8％。

实施例3(以3.0代聚酰胺-胺提纯为例)

称取约9.3705g(约0.00334mol)2.5G PAMAM树状大分子于三口烧瓶中，将30.642g甲醇加入三口瓶中将0.5G PAMAM充分溶解，在冰水浴，氮气保护条件下机械搅拌30min脱氧，然后将6.4194g(约0.107mol)乙二胺用恒压滴液漏斗滴入三口瓶中，继续搅拌30min。将三口瓶放入25℃恒温水浴中反应48h，反应全程通氮气保护。

反应48h后，对产品进行减压蒸馏，除去大部分的乙二胺和甲醇，得到3.0G PAMAM树状大分子的粗产品。粗产品用少量甲醇溶解后用萃取剂(乙醚)萃取，体系分为两层，保留PAMAM层，上层为萃取液层，下层为PAMAM层。下层转移至另一分液漏斗中。如此萃取三次后，产品再减压蒸馏除去甲醇和乙醚，最终得到3.0G PAMAM，计算收率，收率为84.3％。

实施例4(以3.0代聚酰胺-胺提纯为例)

反应48h后，对产品进行减压蒸馏，除去大部分的乙二胺和甲醇，得到3.0G PAMAM树状大分子的粗产品。粗产品用少量甲醇溶解后用萃取剂(环己烷)萃取，体系分为两层，保留PAMAM层，为了减少萃取过程中产物的损失，可以采用连续萃取的方法。如此再连续萃取两次后，产品再减压蒸馏，最终得到3.0G PAMAM，计算收率，收率为103.7％。

实施例5用减压蒸馏和乙醚萃取结合减压蒸馏提纯结果对比：

表1减压蒸馏提纯半代PAMAM的收率

表1结果表明，半代合成时过量的原料丙烯酸甲酯可以通过减压蒸馏的办法除去，但对1.5G以上产品提纯效果变差，且分子越大提纯效果越差。

表2减压蒸馏提纯整代PAMAM的收率

表2表明，对于整代数的产品，2.0G以下，由于分子较小，仅通过减压蒸馏就可以达到一定的提纯效果；3.0G以上，由于过量原料乙二胺与整代分子有很强的分子间作用力，仅通过减压蒸馏就很难达到较好的提纯分离效果。

表3减压蒸馏结合乙醚萃取法提纯整代PAMAM的收率

表3表明，对于整代数的产品，通过减压蒸馏结合乙醚萃取法不仅可以除去过量的原料乙二胺，而且可以除去一些副产物如0.5GPAMAM，取得较好的提纯分离效果。

实施例6将上述实施例5不同方法提纯的PAMAM采用铂金.埃尔默公司出品的Spectrum One傅立叶变换红外光谱仪对产品纯度进行了表征。结果如下：

图1中3282cm^-1处的吸收峰很宽，可以推测这是由乙二胺和‘类1.0G’的N-H伸缩吸收峰和2.0G PAMAM末端胺基的N-H伸缩吸收峰偶合引起的，而图2萃取后的2.0代PAMAM的红外谱图上3282cm^-1处的吸收峰明显变窄，这就证明了萃取法对除去整代产品中残余的乙二胺及‘类1.0G’收到了明显效果。另外，图1在1730cm^-1处有一吸收峰，这显然是酯羰基的伸缩振动吸收造成的，与2.0代PAMAM的理论结构中不含酯羰基的情况不符。我们推测，这是由于在提纯半代产品时残留的丙烯酸甲酯被包覆在了半代PAMAM中而未能完全除尽，在用半代PAMAM合成整代PAMAM时，残留的丙烯酸甲酯可能又与过量的乙二胺发生迈克尔加成生成了“类0.5、PAMAM”的产物，这些低代产物分子量较大，仅通过减压蒸馏的方法是无法去除的。图2没有出现酯羰基的吸收峰，这说明通过萃取的方法，不仅能够去除残余的原料乙二胺，对去除”类0.5、1.0G”杂质也收到了良好效果。

图3和图4分别是减压蒸馏和萃取提纯的4.0G PAMAM的红外光谱图。通过对比图3和图4，进一步证明萃取结合减压蒸馏法对聚酰胺-胺的提纯效果良好，本发明切实可行。

进一步研究发现，1.5G以上的半代产品的提纯也可以通过乙醚萃取结合减压蒸馏方法加以改善。

Claims

1.一种提纯聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)的方法，其特征是选用合适的萃取剂，采用萃取结合减压蒸馏的方法将聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)中多余的原料或是生成的低代PAMAM杂质分离出来，从而达到提纯目标产物的目的。

2.如权利要求1所述的提纯聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)的方法，其特征为该萃取剂对被萃取物质的溶解度大，并且不与PAMAM混溶，可以分为两层，便于萃取液与萃余液分离。

3.如权利要求1或2所述的提纯聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)的方法，其特征为该萃取剂必须化学性质稳定，不与体系中的物质发生化学反应。

4.如权利要求1或2所述的提纯聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)的方法，其特征为该萃取有较低的沸点，可以通过蒸馏或减压蒸馏提纯后，回收和再利用。

5.如权利要求1或2所述提纯聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)的方法，其特征为选出合适的萃取剂，先将粗产品用少量的甲醇溶解后，取适量转移于一分液漏斗中，加入适量萃取剂后，充分震荡后静置，体系分为两层，上层为萃取剂层，下层为PAMAM甲醇溶液层，下层转移至另一分液漏斗中；如此萃取三次后，将PAMAM层减压蒸馏后剩余物即为纯化的PAMAM，用红外光谱法对其结构进行表征。

6.如权利要求1或2所述提纯聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)的方法，其特征为该萃取剂，包括乙酸乙酯、二氯乙烷、乙醚、环己烷。

7.如权利要求1或2所述提纯聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)的方法，其特征为该萃取剂，不仅可以从粗产品中萃取出过量的原料乙二胺、丙烯酸甲酯，还可以萃取出“类0.5、1.0GPAMAM”副产物。

8.如权利要求1或2所述提纯聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)的方法，其特征为该萃取剂，不仅适用于发散法PAMAM的提纯，也适应于收敛法及发散收敛结合法PAMAM的提纯。

9.如权利要求1或2所述提纯聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM)的方法，其特征为该萃取剂的表征采用液膜法对产品做红外光谱分析：在红外灯下将KBr盐片抛光并干燥后，取适量质量分数约为10％的各代PAMAM甲醇溶液涂于盐片上，待溶剂甲醇挥发形成薄膜后，进行红外光谱分析，测绘各代PAMAM产品的红外光谱图。