CN105037737A

CN105037737A - 一种自由基纳米捕获材料及其制备方法

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Publication number: CN105037737A
Application number: CN201510342035.8A
Authority: CN
Inventors: 张乾; 王玥
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-06-18
Also published as: CN105037737B

Abstract

本发明公开了一种自由基纳米捕获材料，自由基纳米捕获材料为两亲性酚醛，其化学组成通式为(C₆H₅OH)_na-(C₆H₅O-PEG)_nb，结构式为：本发明采用酸催化制备线性酚醛，以溴丙炔引入炔基官能团至酚醛链上，利用端头带叠氮基团的聚乙二醇单甲醚，将炔基与叠氮基通过“点击”化学反应，最终制得纳米级自由基捕获材料-两亲性酚醛；本发明制备方法简单，制备的自由基纳米捕获材料在水中形成胶束，其预留的酚羟基对自由基有显著的捕获作用。

Description

一种自由基纳米捕获材料及其制备方法

技术领域

本发明属于功能化高分子材料技术领域，具体涉及一种自由基纳米捕获材料，本发明还涉及该捕获材料的制备方法。

背景技术

活性氧类(ReactiveOxygenSpecies)自由基，如羟基自由基，是人体内的代谢产物，其化学性质非常活跃，在正常情况下，它与抗氧化物分子处于动态平衡，浓度很低。当这一平衡被打破，就会对机体造成损害，与机体许多功能障碍和疾病发生有密切关系，引发一系列疾病，如炎症、肿瘤、衰老等。过量的自由基可以使器官组织产生脂质过氧化，进一步导致各器官功能受损，引起诸如糖尿病、高血压等一系列并发症。因此如何控制人体内有害自由基的含量对于人类身体健康很有意义。

典型的抗氧化剂如超氧化物歧化酶(SOD)、辅酶Q10、人类细胞保护蛋白等在护肤品中已经得到了广泛的应用，它们可以保护使皮肤免受过量自由基的侵害；维生素类物质，如维生素E、维生素C等也具有显著的抗氧化的性能，是人体必不可少的营养物质。此外，糖胺聚糖对羟基自由基也具有清除作用，显示出抗氧化性，清除能力略弱于维生素C。

自下而上的高分子结构设计所具有的灵活性，如果可以结合抗自由基特点将会极大的丰富合成型抗氧化剂的研究，具有广泛的应用前景。因此，本申请中利用普通已有的高分子材料，通过简便的制备，形成大型的分子纳米聚集体，作为自由基的纳米级别捕食者，从而达到自由基捕获的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种自由基纳米捕获材料，丰富了应用中抗氧化物的选择，解决了普通多酚类高分子化合物水溶性差，在生物体内应用受限的问题。

本发明的另一目的是提供上述自由基纳米捕获材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种自由基纳米捕获材料，为两亲性酚醛，其化学组成通式为(C₆H₅OH)_na-(C₆H₅O-PEG)_nb，结构式为：

本发明的特征还在于，

两亲性酚醛的聚乙二醇接枝率为13％～97％。

本发明所采用的另一技术方案是，一种自由基纳米捕获材料的制备方法，具体制备过程为：

步骤1：分别取苯酚和甲醛，将其混合均匀后，加入催化剂，在80～85℃下，机械搅拌反应1.5h，得线性酚醛树脂；

步骤2：将步骤1所得线性酚醛树脂放入石油醚和乙醇的混合溶剂中沉淀提纯2次，70℃下真空干燥一周以上，得干燥酚醛树脂，备用；

步骤3：称取步骤2所得酚醛树脂，溶于溶剂，并向其中加入溴丙炔和催化剂，在60℃下反应20h，得不同三键取代率的酚醛；

步骤4：称取聚乙二醇单甲醚与对甲苯磺酰氯，溶于溶剂，加入催化剂，在室温下反应10h，得聚乙二醇中间产物，对中间产物进行柱色谱提纯处理；

步骤5：将步骤4所得聚乙二醇中间产物溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，加入叠氮化钠，在110℃下反应10h，并将反应产物在石油醚中沉淀后，室温下真空干燥，得端基为叠氮的聚乙二醇；

步骤6：取步骤3所得炔基化酚醛与步骤5所得叠氮端基聚乙二醇，溶于溶剂，加入催化剂，在50℃下反应7.5h，将产物透析提纯5d，换水8次，离心沉淀或冷冻干燥后，室温真空干燥1d，得自由基纳米捕获材料-两亲性酚醛。

本发明的特征还在于，

步骤1中，苯酚和甲醛的摩尔比为1:0.9；催化剂为二水合草酸，其用量与苯酚用量的摩尔比为0.06:1。

步骤2中，石油醚和乙醇的混合溶剂中，石油醚与乙醇的体积比为8:2。

步骤3中，酚醛树脂与溴丙炔的质量比为(0.18～1.43)/1；溶剂为丙酮，其加入量为6mL/(1g酚醛树脂)；催化剂为无水碳酸钾、苄基三乙基氯化铵和碘化钾的混合物；其中，无水碳酸钾用量与溴丙炔用量的摩尔比为1:1；苄基三乙基氯化铵用量与酚醛树脂用量的摩尔比为0.005:1；碘化钾用量与酚醛树脂用量的摩尔比为0.02:1；所得酚醛的三键取代率为47％～100％。

步骤4中，聚乙二醇单甲醚与对甲苯磺酰氯摩尔比为1:3；聚乙二醇单甲醚的分子量为350～500；催化剂为无水三乙胺，其用量与对甲苯磺酰氯用量的摩尔比为1:1；溶剂为四氢呋喃，其用量为7mL/(1g聚乙二醇)。

步骤5中，叠氮化钠与聚乙二醇摩尔比为3:1，其中，N,N-二甲基甲酰胺用量为1～2mL/(1g聚乙二醇中间产物)。

步骤6中，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，其用量为3.75～5mL/(0.1g炔基官能化酚醛)；催化剂为溴化铜和抗坏血酸，溴化铜用量与炔基官能化酚醛的摩尔比为0.2；溴化铜与抗坏血酸的质量比为0.13。

本发明的有益效果是，采用酸催化制备线性酚醛，以溴丙炔引入炔基官能团至酚醛链上，利用端头带叠氮基团的聚乙二醇单甲醚，将炔基与叠氮基通过“点击”化学反应，最终制得纳米级自由基捕获材料-两亲性酚醛；本发明制备方法简单，制备的自由基纳米捕获材料在水中形成胶束，其预留的酚羟基对自由基有显著的捕获作用。

附图说明

图1是本发明实施例2所得两亲性酚醛在动态光散射仪及透射电镜下胶束的粒径分布图；

图2是本发明实施例2所得两亲性酚醛在水溶液中形成纳米胶束对自由基捕获效果测试的紫外监测跟踪图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1、

步骤1：分别取14.12g苯酚和10.96g甲醛(37％水溶液)，将其混合均匀后，加入1.10g二水合草酸，在80～85℃下，机械搅拌反应1.5h，得线性酚醛树脂；将所得线性酚醛树脂于25.20g石油醚和7.89g乙醇的混合溶剂中沉淀提纯2次，70℃下真空干燥一周以上，得干燥酚醛树脂；将0.50g所得酚醛树脂溶于2.37g丙酮，并向其中加入0.70g溴丙炔，0.65g无水碳酸钾，0.005g苄基三乙基氯化铵和0.016g碘化钾，通过freeze-thaw-cycle操作除氧，在60℃下反应20h，得取代率为90％(核磁测试)的炔基官能化线型酚醛；

步骤2：称取1.00g聚乙二醇单甲醚(MW＝500)与1.14g对甲苯磺酰氯溶于6.22g四氢呋喃，加入0.607g无水三乙胺，在室温下反应10h，得中间产物；将所得中间产物经柱色谱提纯后，取0.50g提纯后的聚乙二醇中间产物溶于1.89gN,N-二甲基甲酰胺中，加入0.15g叠氮化钠混合，在110℃下反应10h，并将反应产物在石油醚中沉淀后，室温下真空干燥；

步骤3：取0.02g步骤1所得炔基化酚醛与0.18g步骤2所得叠氮端基聚乙二醇，溶于0.944gN,N-二甲基甲酰胺，加入0.006g溴化铜和0.044g抗坏血酸催化剂，通过freeze-thaw-cycle操作除氧，在50℃下反应7.5h，将产物透析提纯5d，换水8次，冷冻干燥2d，室温真空干燥1d，得聚乙二醇接枝率为78％的自由基纳米捕获材料-两亲性酚醛。

实施例2、

步骤1：称取0.50g实例1所得酚醛树脂溶于2.37g丙酮，并向其中加入0.35g溴丙炔和0.33g无水碳酸钾，0.005g苄基三乙基氯化铵，0.016g碘化钾，通过freeze-thaw-cycle操作除氧，在60℃下反应20h，得取代率为47％(核磁测试)的炔基官能化线型酚醛；

步骤2：称取8.00g聚乙二醇单甲醚(MW＝500)与9.15g对甲苯磺酰氯溶于49.78g四氢呋喃，加入4.86g无水三乙胺，在室温下反应10h，得中间产物；将所得中间产物经柱色谱提纯后，取0.50g提纯后的聚乙二醇中间产物溶于1.89gN,N-二甲基甲酰胺中，加入0.15g叠氮化钠混合，在110℃下反应10h，并将反应产物在石油醚中沉淀后，室温下真空干燥；

步骤3：取0.05g步骤1所得炔基化酚醛与0.08g步骤2所得叠氮端基聚乙二醇，溶于1.89gN,N-二甲基甲酰胺，加入0.006g溴化铜和0.049g抗坏血酸催化剂，通过freeze-thaw-cycle操作除氧，在50℃下反应7.5h，将产物透析提纯5d，换水8次，离心沉淀，室温真空干燥1d，得聚乙二醇接枝率为13％的自由基纳米捕获材料-两亲性酚醛。

实施例3、

步骤1：称取0.50g实例1所得酚醛树脂溶于2.37g丙酮，并向其中加入2.81g溴丙炔和2.60g无水碳酸钾，0.005g苄基三乙基氯化铵，0.016g碘化钾，通过freeze-thaw-cycle操作除氧，在60℃下反应20h，得取代率为100％(核磁测试)的炔基官能化线型酚醛；

步骤2：称取8.00g聚乙二醇单甲醚(MW＝350)与13.07g对甲苯磺酰氯，溶于49.78g四氢呋喃，加入7.00g无水三乙胺，在室温下反应10h，得中间产物；将所得中间产物经柱色谱提纯后，取2.00g提纯后的聚乙二醇中间产物溶于7.55gN,N-二甲基甲酰胺中，加入0.97g叠氮化钠混合，在110℃下反应10h，并将反应产物在石油醚中沉淀后，室温下真空干燥；

步骤3：取0.05g步骤1所得炔基化酚醛与0.14g步骤2所得叠氮端基聚乙二醇，溶于1.89gN,N-二甲基甲酰胺，加入0.016g溴化铜和0.122g抗坏血酸催化剂，通过freeze-thaw-cycle操作除氧，在50℃下反应7.5h，将产物透析提纯5d，换水8次，离心沉淀，室温真空干燥1d，得聚乙二醇接枝率为46％的自由基纳米捕获材料-两亲性酚醛。

实施例4

步骤1：如实例3所示制得100％取代率的炔基化酚醛；

步骤2：称取10.00g聚乙二醇单甲醚(MW＝500)与11.44g对甲苯磺酰氯，溶于62.24g四氢呋喃，加入6.07g无水三乙胺，在室温下反应10h，得中间产物；将所得中间产物经柱色谱提纯后，取6.00g提纯后的聚乙二醇中间产物溶于11.33gN,N-二甲基甲酰胺中，加入1.79g叠氮化钠混合，在110℃下反应10h，并将反应产物在石油醚中沉淀后，室温下真空干燥；

步骤3：取0.08g实例3所得炔基化酚醛与1.81g步骤2所得叠氮端基聚乙二醇，溶于2.83gN,N-二甲基甲酰胺，加入0.025g溴化铜和0.196g抗坏血酸催化剂，通过freeze-thaw-cycle操作除氧，在50℃下反应7.5h，将产物透析提纯5d，换水8次，冷冻干燥2d，室温真空干燥1d，得聚乙二醇接枝率为97％的自由基纳米捕获材料-两亲性酚醛。

本发明采用苯酚与甲醛制备线性酚醛树脂作为主链，然后通过酚羟基与溴丙炔的亲核反应，在酚醛侧链上部分的引入炔基。同时另一方面，制备叠氮基团封端的聚乙二醇单甲醚。最后利用叠氮与炔基的“点击”化学反应将聚乙二醇接枝在酚醛上，形成两亲性酚醛，使其在水中形成胶束，利用分子上的酚羟基捕获羟基自由基，从而得到了结构易于设计，大小可控的纳米自由基捕捉材料。本发明实施例2所得两亲性酚醛在动态光散射仪及透射电镜下胶束的粒径分布图如图1所示。

本发明所得两亲性酚醛中酚羟基含量及浓度决定自由基捕获效率的关键，同时在反应过程中应严格除水除氧以防止中间产物被氧化及水解。本发明是通过接枝聚乙二醇侧链，以改性酚醛的疏水性，并控制酚羟基含量。

为了检测本发明所得两亲性酚醛的自由基捕获效果，配制结晶紫溶液，将合成好的两亲性酚醛在水溶液中制备成胶束，对Fenton试剂(Fe²⁺/H₂O₂)反应所得的羟基自由基进行捕获，由结晶紫溶液紫外吸光度(590nm)变化来监测羟基自由基的漂白效果，以不同胶束用量(浓度)测试比较其捕获效果。具体测试过程为：

步骤1.将10.14mg结晶紫由去离子水定溶至25mL，得浓度为1×10^-3mol/L的结晶紫溶液；取397.30mg七水合硫酸亚铁溶于50mL去离子水中，得浓度7.14×10^-3mol/L的硫酸亚铁溶液；取43.7μL双氧水由去离子水定溶至100mL，得浓度14.28×10^-3mol/L的双氧水；取4.00mg实施例2所得两亲性酚醛溶于0.5mLTHF中，滴加至10mL去离子水中，搅拌过夜挥发THF，制得胶束溶液备用。

步骤2.取步骤1所得0.2mL结晶紫溶液和0.4mL硫酸亚铁溶液混合，由于未向其中加入双氧水，因此混合液中不存在自由基，将此混合液作为空白对比试验。

步骤3.分别取步骤1制得的溶液：0.2mL结晶紫溶液、0.4mL硫酸亚铁溶液、0.4mL双氧水混合，可制备自由基溶液；向四等份自由基溶液中，分别加入0mL、0.6mL、1.2mL、1.8mL步骤1制得的两亲性酚醛胶束溶液，并定容至25mL。

通过肉眼观察，空白对比试验所得混合液颜色为深紫色，加入自由基溶液后颜色显著褪去为淡紫，通过滴加胶束溶液对自由基进行捕获，发现随着胶束浓度的增大，淡紫色逐渐恢复原本色深，而未滴加胶束的溶液颜色仍为淡紫色。

分别对步骤2所得空白试验溶液和步骤3所得四种溶液进行自由基捕获效果测试，用以捕获由Fenton反应得到的羟基自由基，紫外跟踪监测图结果如图2中(a)、(b)、(c)、(d)和(e)所示，其中，(a)为加入Fenton试剂，但未加胶束的溶液的紫外检测跟踪曲线，(b)为未加H₂O₂,但加入0.6mL胶束溶液的对比试验的紫外检测跟踪曲线。(c)～(e)为同时加入Fenton试剂和胶束溶液后的紫外检测跟踪曲线。(c)为滴加0.6mL胶束后溶液的紫外检测跟踪曲线，(d)为滴加1.2mL胶束后溶液的紫外检测跟踪曲线，(e)为滴加1.8mL胶束后溶液的紫外检测跟踪曲线；从图中可以看出随着胶束浓度增大，捕获自由基能力加强。

Claims

1.一种自由基纳米捕获材料，其特征在于，所述自由基纳米捕获材料为两亲性酚醛，其化学组成通式为(C₆H₅OH)_na-(C₆H₅O-PEG)_nb，结构式为：

2.根据权利要求1所述的一种自由基纳米捕获材料，其特征在于，所述两亲性酚醛的聚乙二醇接枝率为13％～97％。

3.一种自由基纳米捕获材料的制备方法，其特征在于，具体制备过程为：

步骤2：将步骤1所得线性酚醛树脂于石油醚和乙醇的混合溶剂中沉淀提纯2次，70℃下真空干燥一周以上，得干燥酚醛树脂，备用；

步骤3：将步骤2所得酚醛树脂溶于溶剂，并向其中加入溴丙炔和催化剂，在60℃下反应20h，得不同三键取代率的酚醛；

步骤4：称取聚乙二醇单甲醚与对甲苯磺酰氯，溶于溶剂，加入催化剂，在室温下反应10h，得聚乙二醇中间产物；

步骤6：取步骤3所得炔基化酚醛与步骤5所得叠氮端基聚乙二醇，加入溶剂和催化剂，在50℃下反应7.5h，将产物透析提纯5d，换水8次，离心沉淀或冷冻干燥后，室温真空干燥1d，得自由基纳米捕获材料-两亲性酚醛。

4.根据权利要求3所述的一种自由基纳米捕获材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，苯酚和甲醛的摩尔比为1:0.9；催化剂为二水合草酸，其用量与苯酚用量的摩尔比为0.06:1。

5.根据权利要求3所述的一种自由基纳米捕获材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，石油醚和乙醇的混合溶剂中，石油醚与乙醇的体积比为8:2。

6.根据权利要求3所述的一种自由基纳米捕获材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，酚醛树脂与溴丙炔的质量比为0.18～1.43:1；溶剂为丙酮，其加入量为4mL/(1g酚醛树脂)；催化剂为无水碳酸钾、苄基三乙基氯化铵和碘化钾的混合物；其中，无水碳酸钾用量与溴丙炔用量的摩尔比为1:1；苄基三乙基氯化铵用量与酚醛树脂用量的摩尔比为0.005:1；碘化钾用量与酚醛树脂用量的摩尔比为0.02:1；所得酚醛的三键取代率为47％～100％。

7.根据权利要求3所述的一种自由基纳米捕获材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，聚乙二醇单甲醚与对甲苯磺酰氯摩尔比为1:3；聚乙二醇单甲醚的分子量为350～500；催化剂为无水三乙胺，其用量与对甲苯磺酰氯用量的摩尔比为1:1；溶剂为四氢呋喃，其用量为7mL/(1g聚乙二醇)。

8.根据权利要求3所述的一种自由基纳米捕获材料的制备方法，其特征在于，步骤5中，叠氮化钠与聚乙二醇摩尔比为3:1，其中，N,N-二甲基甲酰胺用量为1～2mL/(1g聚乙二醇中间产物)。

9.根据权利要求3所述的一种自由基纳米捕获材料的制备方法，其特征在于，步骤6中，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，其用量为3.75～5mL/(0.1g炔基官能化酚醛)；催化剂为溴化铜和抗坏血酸，溴化铜用量与炔基官能化酚醛的摩尔比为0.2:1；溴化铜与抗坏血酸的质量比为0.13:1。