CN105301029A - 一种测定乙交酯和d,l-丙交酯共聚单体转化率的方法 - Google Patents

一种测定乙交酯和d,l-丙交酯共聚单体转化率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测定乙交酯(GA)和D,L-丙交酯(D,L-LA)共聚单体转化率的方法，包括以下步骤：(a)称取一定量的环酯和催化剂，充分混匀后进行本体聚合；(b)聚合产物经溶剂抽提纯化，纯化后的共聚物在一定温度下减压干燥至恒重，测定产物的收率；(c)使用IR法确定溶剂洗涤后的PLGA中无GA和D,L-LA残留；(d)分析PLGA的1H-NMR谱，根据特征峰积分面积计算聚合物中GA片段和LA片段的含量；(e)进一步推导出单体的转化率。此方法重现性好，数据可靠。本发明为测定环酯开环聚合过程中单体的转化率提供了一种简便的方法。

Description

一种测定乙交酯和D,L-丙交酯共聚单体转化率的方法
技术领域
本发明涉及一种测定GA和D,L-LA共聚单体转化率的方法。
背景技术
聚乙丙交酯(PLGA)是一类重要的生物医用高分子材料，具有良好的生物相容性和可降解性。它广泛应用于生物医学领域，如手术缝合线、骨折内固定材料、组织修复材料及药物控制释放体系(文献1)。聚乙交酯(PGA)纤维柔性较差，可能损伤人体组织。聚丙交酯(PLA)柔性比PGA好，但降解速度比PGA慢，而仅靠调节PLA的分子量及分子量分布来控制降解速率有一定局限性，为了改善聚合物的生物降解性能，一般采用共聚的方法，通过调节聚合物中共聚单体的种类、配比以及分子量等，改变聚合物的亲水性、结晶性，从而调节聚合物降解速度(文献2)。目前，PLGA是临床方面用得最多的一种可吸收缝合线。
通常PLGA可以通过乙交酯和丙交酯共聚制备。Sn(Oct)2是使用最为广泛的环酯开环聚合催化剂，但是它具有很强的细胞毒性。而Bi3+不参加人体的新陈代谢，是最低毒的重金属元素。当肾小管与Sn2+、Mg2+、Zn2+和Bi3+等金属离子时，Bi3+毒性最低(文献3)。Kricheldorf等(文献4)研究了以醋酸铋[Bi(OAc)3]引发ε-己内酯开环聚合，实验证明Bi(OAc)3是一种有效的催化剂。本发明使用Bi类催化剂催化GA和D,L-LA共聚。
在GA和D,L-LA共聚过程中，单体的转化率是考察聚合过程的重要影响因素之一。因此，建立一种简便且准确的方法测定共聚中单体的转化率非常重要。与其它方法相比，IR法和1H-NMR法需要的样品量少，扫描时间短。本文使用IR法确定溶剂抽提纯化的PLGA中无GA和D,L-LA残留，然后对PLGA的1H-NMR谱进行分析，根据特征峰积分面积计算聚合物中GA片段和LA片段的含量，进一步推导出单体的转化率。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足与缺陷，提供一种测定环酯开环聚合过程中单体的转化率的方法。该方法重现性好，数据可靠。本发明大大降低了测试成本，且测定精度高，测试步骤简单。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种测定环酯开环聚合过程中单体的转化率的方法，包括以下步骤：
(a)称取一定量的环酯和催化剂，充分混匀后进行本体聚合；
(b)聚合产物经溶剂抽提纯化，纯化后的共聚物在一定温度下减压干燥至恒重，测定产物的收率；
(c)使用IR法确定溶剂洗涤后的PLGA中无GA和D,L-LA残留；
(d)对PLGA的1H-NMR谱进行分析，根据特征峰积分面积计算聚合物中GA片段和LA片段的含量；
(e)进一步推导出单体的转化率。
所述步骤(a)中，所述的催化剂包括Bi(OAc)3和BiCl3等铋类化合物。
所述步骤(b)中，溶解聚合产物PLGA的溶剂包括DMSO、CHCl3、CH2Cl2、CCl4和CH3Cl等强极性溶剂。洗涤纯化溶液的溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇等脂肪族醇类化合物。
所述步骤(d)中，使用测定PLGA的1H-NMR谱图的溶剂包括DMSO-d6、CDCl3和HFIP-d6等强极性氘代溶剂。
综上所述，本发明应用于环酯合成聚合物，能快速测定出单体合成聚合物的转化率，大大降低了测定成本。此方法测试精度高且步骤简单。
发明原理和方法
1.IR法分析PLGA中GA和D,L-LA残留量
(1)IR法的测定原理
在PGA的结构中，1215和1095cm-1附近的吸收峰为酯基中C-O-C的吸收峰。在GA的结构中，波数1210cm-1附近为酯基中C-O-C键的反对称伸缩振动峰，1050cm-1附近为酯C-O-C键对称伸缩振动峰(文献5)。为了减少聚合物和单体中的峰重叠，我们选择1050cm-1附近的峰来考察PLGA中GA含量的变化。
在PLA的结构中，1185cm-1附近的吸收峰聚合物中C-O-C的非对称振动。在LA的结构中，1240cm-1和933cm-1附近的吸收峰为单体中C-O-C的非对称振动。为了减少聚合物和单体中的峰重叠，我们选择1240cm-1附近的峰高度来分析PLGA中D,L-LA含量的变化(文献6)。
(2)IR法的测定方法
Perkin-Elmer公司的SpectrumGX型傅里叶变换红外光谱仪。光谱范围4000～400cm-1，中红外DTGS检测器，扫描次数16次，OPD速度0.2cm·s-1，分辨率4cm-1。扫描实时扣除H2O和CO2干扰。将样品粉碎，过100目筛。取过100目筛粉末2mg与200mg溴化钾(碎晶)，混合研磨均匀后压片测定。
2.1H-NMR法测定PLGA中GA和LA片段相对含量
(1)1H-NMR法的测定原理
GA和LA片段的相对含量是以样品中各片段基团上质子的吸收峰积分面积进行比较，即GA片段指定基团上一个质子产生的吸收峰积分面积(A1/N1)和LA片段指定基团上一个质子产生的吸收峰积分面积(A2/N2)进行比较，然后按下式计算GA片段的相对含量(文献7)。
(2)1H-NMR法的测定方法
称取适量PLGA，置于核磁样品管中，每只样品管加入0.5mLCDCl3，充分溶解聚合物。以Bruker自带的脉冲程序cpmgprld测定样品。采样参数：宽度为6009Hz，脉冲宽度为11.95μs，延迟时间为6.50μs，采样温度为25℃，采样次数为32次。
现有技术文献
文献1：AngeloMeduri，TizianaFuoco，MarinaLamberti，etal.VersatileCopolymerizationofGlycolideandrac-LactidebyDimethyl(salicylaldiminato)aluminumCompounds[J].Macromolecules，2014，47：534-543.文献2：孙斌，许静，张其坤，等.乙交酯、L-丙交酯均聚物及其共聚物的制备和性能研究[J].高分子学报，2014，9：1274-1280.
文献3：HansRKricheldorf.SynthesesofBiodegradableandBiocompatiblePolymersbyMeansofBismuthCatalysts[J].chemicalreviews，2009，109：5579-5594.
文献4：HansRKricheldorf，HeikoHachmannThiessen，GertSchwarz.Di-，Tri-andTetrafunctionalPoly(ε-caprolactone)sbyBi(OAc)3CatalyzedRing-OpeningPolymerizationsofε-Caprolactone[J].Macromolecules，2004，37：6340-6345.
文献5：吴清云，周维友，何明阳，等.乙交酯的合成[J].精细化工，2012，29(4)：413-416.
文献6：JamieMMessman，RobsonFStorey.Realtimemonitoringoftheringopeningpolymerizationofrac-lactidewithinsituattenuatedtotalreflectance/fouriertransforminfraredspectroscopywithconduitanddiamondcompositesensortechnology[J].JournalofPolymerScinece：PolymerChemistry，2004，42：6238-6248.文献7：罗虹，朱凤润，金燕.NMR法测定复方制剂3组份的相对含量[J].光谱实验室，2003，20(2)：193-195.
附图说明
图1为PLGA的IR谱图GA特征峰示意图
图2为PLGA的IR谱图LA特征峰示意图
图3为PLGA的1H-NMR谱图GA和LA片段特征峰示意图
图4为PLGA的1H-NMR谱图GA和LA片段特征峰面积
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
单体乙交酯和D,L-丙交酯经乙酸乙酯/石油醚多次重结晶纯化后，于40℃下真空干燥24h备用。采用本体聚合方法制备PLGA，单体摩尔比(GA：D,L-LA)为1：1，催化剂为Bi(OAc)3，单体与Bi(OAc)3摩尔比为3000：1。反应物在150℃下聚合4h，聚合在氮气保护下进行。
聚合产物经CHCl3和MeOH抽提纯化，纯化后的共聚物于48℃下减压干燥至恒重，测定产物质量，计算收率。IR法确定溶剂洗涤后的PLGA中无GA和D,L-LA残留。然后对PLGA的1H-NMR谱进行分析，根据特征峰积分面积计算聚合物中GA片段和D,L-LA片段的含量，进一步推导出单体的转化率。产物PLGA的收率为64.80％，GA的平均转化率为82.91％，D,L-LA的平均转化率为50.21％。
实施例2
PLGA通过本体聚合方法制备，单体摩尔比(GA：D,L-LA)为1：1，催化剂为Bi(OAc)3，单体与BiCl3摩尔比为1000：1。反应物在180℃下聚合4h，聚合在氮气保护下进行。
聚合产物经CHCl3和MeOH抽提纯化，纯化后的共聚物于45℃下减压干燥至恒重，测定产物质量，计算收率。IR法确定溶剂洗涤后的PLGA中无GA和D,L-LA残留。然后对PLGA的1H-NMR谱进行分析，根据特征峰积分面积计算聚合物中GA片段和D,L-LA片段的含量，进一步推导出单体的转化率。产物PLGA的收率为66.40％，GA的平均转化率为85.05％，D,L-LA的平均转化率为51.38％。
实施例3
采用本体聚合方法制备PLGA，单体摩尔比(GA：D,L-LA)为2：1，催化剂为Bi(OAc)3，单体与Bi(OAc)3摩尔比为5000：1。反应物在200℃下聚合3.5h，聚合在氮气保护下进行。
聚合产物经DMSO和MeOH抽提纯化，纯化后的共聚物于40℃下减压干燥至恒重，测定产物质量，计算收率。IR法确定溶剂洗涤后的PLGA中无GA和D,L-LA残留。然后对PLGA的1H-NMR谱进行分析，根据特征峰积分面积计算聚合物中GA片段和D,L-LA片段的含量，进一步推导出单体的转化率。产物PLGA的收率为65.51％，GA的平均转化率为79.16％，D,L-LA的平均转化率为54.51％。
实施例4
PLGA通过本体聚合方法制备，单体摩尔比(GA：D,L-LA)为3：1，催化剂为Bi(OAc)3，单体与Bi(OAc)3摩尔比为2500：1。反应物在175℃下聚合4.5h，聚合在氮气保护下进行。
聚合产物经CH2Cl2和MeOH抽提纯化，纯化后的共聚物于40℃下减压干燥至恒重，测定产物质量，计算收率。IR法确定溶剂洗涤后的PLGA中无GA和D,L-LA残留。然后对PLGA的1H-NMR谱进行分析，根据特征峰积分面积计算聚合物中GA片段和D,L-LA片段的含量，进一步推导出单体的转化率。产物PLGA的收率为69.46％，GA的平均转化率为87.18％，D,L-LA的平均转化率为55.18％。
实施例5
PLGA采用本体聚合方法合成，单体摩尔比(GA：D,L-LA)为2：1，催化剂为BiCl3，单体与BiCl3摩尔比为500：1。反应物在215℃下聚合5.5h，聚合在氮气保护下进行。
聚合产物经CCl4和MeOH抽提纯化，纯化后的共聚物于40℃下减压干燥至恒重，测定产物质量，计算收率。IR法确定溶剂洗涤后的PLGA中无GA和D,L-LA残留。然后对PLGA的1H-NMR谱进行分析，根据特征峰积分面积计算聚合物中GA片段和D,L-LA片段的含量，进一步推导出单体的转化率。产物PLGA的收率为68.07％，GA的平均转化率为86.61％，D,L-LA的平均转化率为53.13％。
实施例6
PLGA是经过本体聚合的方法制备，单体摩尔比(GA：D,L-LA)为3：1，催化剂为Bi(OAc)3，单体与Bi(OAc)3摩尔比为5500：1。反应物在155℃下聚合7.5h，聚合在氮气保护下进行。
聚合产物经CHCl3和MeOH抽提纯化，纯化后的共聚物于40℃下减压干燥至恒重，测定产物质量，计算收率。IR法确定溶剂洗涤后的PLGA中无GA和D,L-LA残留。然后对PLGA的1H-NMR谱进行分析，根据特征峰积分面积计算聚合物中GA片段和D,L-LA片段的含量，进一步推导出单体的转化率。产物PLGA的收率为65.09％，GA的平均转化率为85.07％，D,L-LA的平均转化率为54.19％。

Claims (4)

1.一种测定GA和D,L-LA共聚单体转化率的方法，包括以下步骤：
(a)称取一定量的环酯和催化剂，充分混匀后进行本体聚合；
(b)聚合产物经溶剂抽提纯化，纯化后的共聚物在一定温度下减压干燥至恒重，测定产物的收率；
(c)使用IR法确定溶剂洗涤后的PLGA中无GA和D,L-LA残留；
(d)分析PLGA的1H-NMR谱，根据特征峰积分面积计算聚合物中GA片段和LA片段的含量；
(e)进一步推导出单体的转化率。
2.根据权利要求1所述的一种测定GA和D,L-LA共聚单体转化率的方法，其特征在于，所述步骤(a)中，所述的催化剂包括Bi(OAc)3和BiCl3等铋类化合物。
3.根据权利要求1所述的一种测定GA和D,L-LA共聚单体转化率的方法，其特征在于，所述步骤(b)中，溶解聚合产物PLGA的溶剂包括DMSO、CHCl3、CH2Cl2、CCl4和CH3Cl等强极性溶剂。洗涤纯化溶液的溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇和丁醇等脂肪族醇类化合物。
4.根据权利要求1所述的一种测定GA和D,L-LA共聚单体转化率的方法，其特征在于，所述步骤(d)中，测定PLGA的1H-NMR谱图的溶剂包括DMSO-d6、CDCl3和HFIP-d6等强极性氘代溶剂。
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