CN103159956B - 一种芳香族-脂肪族可降解接枝聚合物 - Google Patents
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Abstract
一种芳香族-脂肪族可降解接枝聚合物，属于功能高分子材料技术领域。本发明以生物质由来芳香族的3，4-二羟基苯丙氨酸(DOPA，多巴)为原料，通过对氨基保护，再采用逐步缩聚得到了聚酯产物，最后氨基脱保护得到含有氨基侧基的聚合物(PDOPA)以此PDOPA为主链，与末端羧酸化的脂肪族聚乳酸(PLA)或聚己内酯(PCL)进行酰胺化反应，制得接枝聚合物。本发明制得的芳香族-脂肪族可降解聚合物具有优异的生物相容性和生物降解性。主侧链长度、分子量、降解速度均可通过调节单体的反应程度与两种聚合物的投料比来实现控制。这种可降解聚合物材料将广泛应用在药物缓释体系、包装材料和组织工程等领域。
Description
技术领域
一种芳香族-脂肪族可降解接枝聚合物，属于功能高分子材料技术领域。
背景技术
近年来，可降解高分子材料发展迅速，在医疗、制药、环境等诸多领域已经得到了越来越多的应用。可降解高分子材料废弃后，在土壤或水中，数个月内会自动在微生物、水、酸和碱的作用下彻底地分解成为二氧化碳和水，最后在植物的光合作用下，又会成为淀粉的起始原料，不仅不会对环境造成污染，而且还是一种完全自然循环型的可生物降解材料。
在人工合成的可降解高分子中，聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)是最具代表性的聚合物，它们是具有良好生物相容性的生物降解材料，其降解产物能参与人体代谢，因此已被批准用作药物缓释材料、医用手术缝合线、骨科固定材料、注射用胶囊、微球及埋植剂等。本发明用PLA、PCL为脂肪族可降解聚合物，将其末端羧酸化，并将其作为可降解接枝共聚物侧链。另外，本发明采用3，4-二羟基苯丙氨酸(DOPA，多巴)为生物质芳香族单体，其来源于存在于贻贝等海洋生物足丝中的贻贝粘连蛋白中。多巴是贻贝在多种不同基材上牢固黏附的关键组成成分；它具有高强度、高韧性和防水性的特点；它也是一种疗效较好的抗帕金森药物，因而有广泛的应用前景。通过对DOPA的氨基保护、缩聚和脱保护制备侧基带有氨基的PDOPA，并以其为可降解接枝共聚物主链。所得芳香族-脂肪族聚酯具有很好的可降解性以及生物相容性，通过调节两单体的配比可以实现聚合物的主侧链长度、分子量、降解速度的控制。本发明制得的聚合物可作为智能可降解材料广泛应用于生物医药以及环保等领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物质由来的芳香族-脂肪族可降解接枝聚合物。
本发明的技术方案：一种芳香族-脂肪族可降解接枝共聚物，该共聚物是以由生物质芳香族单体3，4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)为单体，经保护、缩聚、脱保护制备得到含氨基侧基的PDOPA，并以此为主链；以脂肪族单体-丙交酯或ε-己内酯(CL)为原料，经开环聚合、琥珀酸酐酸化得到末端羧酸化的聚乳酸PLA-COOH或聚己内酯PCL-COOH，以其为侧链；通过酰胺化反应，制得芳香族-脂肪族可降解接枝共聚物。
芳香链∶脂肪链(摩尔比)为1∶0.1～1。
以芳香族聚3，4-二羟基苯丙氨酸为主链，脂肪族聚乳酸为侧链时，所得可降解接枝共聚物的结构为：
n∶m＝1∶0.5～1，分子量为1×104～25×104，表示成PDOPA-g-PLA。
以芳香族聚3，4-二羟基苯丙氨酸为主链，脂肪族聚己内酯为侧链时，所得可降解接枝共聚物的结构为：
n∶m＝1∶0.5～1，分子量为1×104～25×104，表示成PDOPA-g-PCL。
该类接枝聚合物的制备方法，是对生物质单体3，4-二羟基苯丙氨酸进行氨基保护，缩合聚合，再氨基脱保护的方法，制备侧基带有氨基的芳香族聚合物；然后再与末端羧基化的聚乳酸和聚己内酯进行酰胺化反应，制备得到芳香族-脂肪族可降解接枝共聚物，所得接枝共聚物的数均分子量为1×104-25×104。
本发明的有益效果：本发明分别选用芳香族和脂肪族的生物质单体为原料，通过氨基与羧基间的反应制得了芳香族-脂肪族可降解接枝共聚物。通过调节两单体的反应程度和两种聚合物的配比，可以很好的控制共聚物的主侧链链长、分子量、降解速度等其他性能。本发明制得的聚合物具有很好的可降解性以及生物相容性，可作为智能可降解材料广泛应用于生物医药等领域。
附图说明
图1接枝共聚物PDOPA-g-PLA的核磁谱图。
具体实施方式
实施例1
生物质芳香族聚多巴的制备：
第一步，在冰浴搅拌下，将3，4-二羟基苯丙氨酸(DOPA)5.916g(30mmol)加入NaHCO3(7.5wt％)的水溶液中；再将二碳酸二叔丁酯((Boc)2O)7.857g(36mmol)溶于50ml 1，4-二氧六环，滴入反应体系，5℃条件下反应30min，然后在搅拌下升温到25℃，反应19.5h；整个反应过程在氮气和避光的条件下进行。反应结束后，用1M盐酸调节溶液pH至2～3，然后用乙酸乙酯(100ml×3)萃取；加入适量无水MgSO4干燥，得到浅黄色油状物，即为叔丁氧羰基保护的DOPA(N-Boc-DOPA)。
第二步，称取N-Boc-DOPA 5g(10mmol)，乙酸钠0.036g(0.4mmol)，乙酸酐40ml，加入100ml反应器中，体系先升温至140℃，反应1h后，升温至200℃，搅拌、恒温反应6h，整个反应在氮气保护和避光条件下进行。反应结束后用去离子水洗涤两次，在乙醇中再沉淀两次，最后在30℃下恒温干燥，得到深棕色产物。
第三步，按V(3mol/L HCl)∶V(CHCl3)＝1∶1比例配置溶液(10mL/10mL)，将所得聚合物溶于上述溶液中，室温下磁力搅拌0.5h，用水洗三次，得棕色产物，在30℃下干燥。结构式为：
n＝50-100，表示成PDOPA。
实施例2
末端羧酸化聚乳酸的制备：
将15g丙交酯、0.4g十二醇及辛酸亚锡(单体量的0.3wt％)的甲苯溶液加入三口瓶中，将反应体系搅拌并加热至130℃，保持1h，使丙交酯熔融并与催化剂、引发剂充分混合干燥后升温至160℃，反应5h，其间持续氮气保护。所得产物用丙酮溶解再用5～10倍去离子水沉淀，析出白色絮状聚合物，用去离子水洗涤3遍，产物置于烘箱40℃干燥。所得PLA的分子量为约7×103。
将10g PLA及0.5g(过量)的琥珀酸酐在常压密闭容器中，搅拌加热至160℃，持续反应6h。所得产物用丙酮溶解，再用5～10倍去离子水沉淀，析出白色絮状聚合物，用去离子水洗涤3遍，产物置于烘箱40℃干燥，得到末端羧酸化的PLA-COOH。所得聚合物的结构式为：
表示成PLA-COOH。
实施例3
末端羧酸化聚己内酯的制备：
将15gε-己内酯、0.28g十二醇及辛酸亚锡(单体量的0.3wt％)的甲苯溶液加入三口瓶中，将反应体系搅拌并加热至130℃，保持1h，使ε-己内酯熔融并与催化剂、引发剂充分混合干燥后升温至160℃，反应5h，其间持续氮气保护。所得产物用丙酮溶解再用5～10倍去离子水沉淀，析出白色絮状聚合物，用去离子水洗涤3遍，产物置于烘箱40℃干燥。所得PCL的分子量约为1×104。
将10g PCL及0.5g(过量)的琥珀酸酐在常压密闭容器中，搅拌加热至160℃，持续反应6h。其余步骤同实施例2，得到末端羧酸化的PCL-COOH。所得聚合物的结构式为：
表示成PCL-COOH。
实施例4
芳香族-脂肪族接枝共聚物的制备：
冰浴条件下，在圆底烧瓶中加入二氯甲烷，0.5g PDOPA(2.5mmol-NH2-，PDOPA的分子量为1.2×104)与3.5g PLA-COOH(0.5mmol-COOH-，PLA的分子量为7×103)，再加入少量三乙胺，至于常温常压下密闭搅拌反应24h。将得到的清液酸化至pH＝1～2，用DCM萃取3次，用3mol/L盐酸洗涤，分液得到的油相收集后加入无水硫酸镁干燥，将得到的清液置于通风橱吹去二氯甲烷，得到接枝共聚物。
所得聚合物的结构式为：
n∶m＝1∶0.2，分子量为10×104，表示成PDOPA-g-PLA。
Claims (4)
1.一种芳香族-脂肪族可降解接枝聚合物，其特征以由蛋白质类芳香族单体-3，4-二羟基苯丙氨酸DOPA为单体，经保护、聚合、脱保护制备得到侧基带有氨基的聚合物PDOPA，以其为主链；以脂肪族单体-丙交酯或ε-己内酯CL为原料，经开环聚合、琥珀酸酐酸化得到末端羧酸化的聚乳酸PLA-COOH或聚己内酯PCL-COOH，以其为侧链；通过酰胺化反应，制得芳香族-脂肪族可降解接枝共聚物；芳香链：脂肪链的摩尔比为1∶0.1～1。
2.根据权利要求1所述的芳香族-脂肪族可降解接枝聚合物，其特征是以芳香族聚3，4-二羟基苯丙氨酸为主链和脂肪族聚乳酸为侧链时，所得接枝共聚物的结构为：
n∶m＝1∶0.1～1，分子量为1×104～25×104，表示成PDOPA-g-PLA。
3.根据权利要求1所述的芳香族-脂肪族可降解接枝聚合物，其特征是以芳香族聚3，4-二羟基苯丙氨酸为主链和脂肪族聚己内酯为侧链时，所得共聚物的结构为：
n∶m＝1∶0.1～1，分子量为1×104～25×104，表示成PDOPA-g-PCL。
4.根据权利要求2或3所述的芳香族-脂肪族可降解接枝聚合物，其特征在于该聚酯具有很好的可降解性以及生物相容性，通过调节单体的反应程度可实现聚合物的主侧链长度、分子量、降解速度的控制，制得的聚合物可作为智能可降解材料广泛应用于生物医药领域。
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