CN113121810B

CN113121810B - 一种基于龙脑的聚合物及其制备方法与应用

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Publication number: CN113121810B
Application number: CN201911412816.4A
Authority: CN
Inventors: 苏健裕; 杨柳; 方立明; 孟晓风
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: CN113121810A; JP2023512114A; JP7464949B2; WO2021135550A1

Abstract

本发明公开了一种基于龙脑的聚合物及其制备方法与应用，属于高分子化学技术领域。该聚合物以右旋龙脑、二乙二醇单乙烯基醚为原料，以对甲苯磺酸为催化剂，经过取代、成醚反应，得到具有优异抗菌效果的基于龙脑的聚合物。再将其与ε‑己内酯和为原料，通过辛酸亚锡催化进行聚合，得到基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物，其可用于制备抗肿瘤药物。本发明化合物放的制备所用到的原料简单易得，反应条件温和，操作简便，具有广泛的应用前景。

Description

一种基于龙脑的聚合物及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于高分子化学技术领域，具体涉及一种基于龙脑的聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

中药有效成分研究是中药开发与应用的关键问题，是新药创制的重要来源。基于中药有效单体成分的新药开发包括两个方面，一是从中药中发现新的有效单体化合物并研制成新药，二是在天然有效成分的基础上，进行结构修饰或者改造，筛选出高效安全的新型药物。

龙脑，又称梅片、冰片，是一种双环单萜醇。龙脑分为天然龙脑和合成龙脑，龙脑具有抗炎杀菌、镇痛、抗氧化等药理活性。但是龙脑作单味药使用时，存在药效低、挥发性强、溶解性差等缺点。通过对龙脑上羟基进行修饰，能够改善龙脑的溶解度以及稳定性。

缩醛键是国际公认的酸敏感基团。近年来，作为载药材料的刺激-响应型化合物受到越来越多的关注。肿瘤及炎症组织细胞外环境的pH在6.5左右，而溶酶体和细胞核内的pH会更低，在5.0～5.5之间。而缩醛键基团，在碱性以及中性条件下很稳定，但是在酸性的肿瘤组织就会发生断裂，达到快速释放抗癌药物的效果。这样不仅可以延长药物血浆半衰期还能使肿瘤组织的药物快速释放。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于龙脑的聚合物。

本发明的另一目的在于提供上述基于龙脑的聚合物的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述基于龙脑的聚合物的应用。

本发明的又一目的在于提供一种基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物及其制备方法与应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于龙脑的聚合物，命名为PBD，其化学结构式为：

式中，m为聚合度，其数值为1～110，优选为1～35。

所述的基于龙脑的聚合物的平均分子量为280～17427，优选为280～4777。

上述基于龙脑的聚合物的制备方法，包括如下步骤：以右旋龙脑(天然冰片)、二乙二醇单乙烯基醚为原料，以对甲苯磺酸为催化剂，经过取代、成醚反应，得到龙脑聚二乙二醇单乙烯基醚，命名为PBD；优选包括如下步骤：

(1)将右旋龙脑溶解在二氯甲烷中，加入对甲苯磺酸，搅拌，得到溶液A；

(2)将二乙二醇单乙烯基醚溶解在二氯甲烷中，得到溶液B；将溶液B滴加入溶液A中，反应；

(3)向反应体系中加入酸碱调节剂至pH＝7～8，除去对甲苯磺酸；旋蒸除去溶剂，用二氯甲烷萃取，收集有机层，除水；旋蒸除去溶剂，在环己烷溶液中沉淀，得到龙脑聚二乙二醇单乙烯基醚；产物呈无色胶状固体。

所述的右旋龙脑、二乙二醇单乙烯基醚、甲苯磺酸的用量，优选按右旋龙脑：二乙二醇单乙烯基醚：甲苯磺酸＝质量比1：20～50：0.04～0.08计；更优选为1：25～30：0.06～0.07。

步骤(1)中所述的二氯甲烷的用量，优选按右旋龙脑：二氯甲烷＝1g:70～150mL计；更优选为1g:90～100mL。

步骤(2)中所述的二氯甲烷的用量，优选按二乙二醇单乙烯基醚：二氯甲烷＝1g:1～5mL计；更优选为1g:2～3mL。

步骤(1)中所述的搅拌的条件优选为：转速800～1000r/min、时间1～2h；更优选为转速1000r/min、时间2h。

步骤(2)中所述的溶液B优选通过恒压漏斗滴加入溶液A中。

步骤(2)中所述的反应的条件优选为：温度0～10℃、转速800～1000r/min、时间2～4h；更优选为温度0℃、转速1000r/min、时间4h。

步骤(3)中所述的酸碱调节剂优选为饱和碳酸氢钠水溶液。

所述的饱和碳酸氢钠水溶液的加入方式为分批加入。

步骤(3)中所述的萃取的次数优选为3次。

步骤(3)中所述的除水的方法优选为用吸湿剂除水；所述的吸湿剂优选为无水硫酸钠。用无水硫酸钠除水时，时间为4～8小时，除水完成后过滤除去无水硫酸钠。

步骤(3)中所述的沉淀的次数优选为2～4次；更优选为3次。

上述基于龙脑的聚合物在制备抗菌剂中的应用。

上述基于龙脑的聚合物在制备基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物中的应用。

一种基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物，命名为PBD-PCL，其化学结构式为：

式中，m、n为聚合度，其数值均为1～110，优选为1～35。

所述的聚合物的平均分子量为2000～21000，优选为2000～6124。

上述基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物的制备方法，包括如下步骤：以ε-己内酯和上述基于龙脑的聚合物为原料，通过辛酸亚锡催化进行聚合，得到目标产物PBD-PCL；优选包括如下步骤：

A.将上述基于龙脑的聚合物加入甲苯中，蒸馏除去甲苯和水；

B.加入干燥的甲苯、辛酸亚锡和ε-己内酯，反应；将反应产物浓缩，在冰环己烷中沉淀，得到基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物。产物呈淡黄色胶状固体。

所述的基于龙脑的聚合物、辛酸亚锡、ε-己内酯的用量，优选按基于龙脑的聚合物：辛酸亚锡：ε-己内酯＝质量比1：0.01～0.08：0.2～2.5计；更优选为1：0.07～0.08：1～2。

步骤A.和步骤B.中所述的甲苯的用量，均优选为按基于龙脑的聚合物：甲苯＝1g：10～30mL计；更优选为1g：20～25mL。

步骤A.中所述的蒸馏优选为减压蒸馏。

所述的减压蒸馏的温度优选为85～95℃；更优选为90℃。

步骤B.中所述的反应的条件优选为：氮气条件下，温度120～140℃、时间24～48h；更优选为温度130℃、时间48h。

步骤B.中所述的浓缩优选为减压浓缩。

步骤B.中所述的沉淀的次数优选为2～4次；更优选为3次。

其制备路线如以下反应式所示：

上述基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物在制备抗肿瘤药物中的应用。

所述的肿瘤包括肺癌、乳腺癌、宫颈癌、恶性黑色素瘤、肝癌和结肠癌。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明化合物的制备所用到的原料均简单易得，反应条件温和，操作简便，反应产物在食品、化学和医学药物载体领域具有广泛的应用前景。

本发明化合物具有酸敏感的特性。其敏感性是指在弱酸或者是中强酸性条件下，缩醛键发生断裂，生成相应的醛和醇，而龙脑本身具有药用价值，因此本发明同时具有一定控制释放的药用功能。其降解反应式如下：

附图说明

图1为本发明实施例1的反应流程方程式。

图2为本发明实施例1的中间产物龙脑聚合物的红外光谱图。

图3为本发明实施例1的中间产物龙脑聚合物的核磁共振氢谱图。

图4为本发明实施例1的目标产物的红外光谱图。

图5为本发明实施例1的目标产物的核磁共振氢谱图。

图6为本发明实施例1的目标产物的渗透凝胶色谱图。

图7为本发明用途实施例1降解前、降解后聚合物渗透凝胶色谱图。

图8为本发明效果实施例1右旋龙脑聚合物PBD^2K(m＝15)对两种菌作用的生长曲线图；其中，a为对大肠杆菌的生长曲线，b为对金黄色葡萄球菌的生长曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物的制备，反应流程如图1所示，具体如下：

(1)在室温下，称取0.3031g龙脑，溶解于30mL二氯甲烷中，加入20.21mg催化剂对甲苯磺酸，在转速为1000r/min的条件下搅拌2小时，得到溶液A；

(2)在室温下，将7.794g二乙二醇单乙烯基醚溶解在20mL的二氯甲烷溶剂中，得到溶液B；在反应体系为0℃、1000r/min的条件下，通过50mL筒形恒压漏斗，缓慢将溶液B滴入溶液A中，反应时间为4小时；

(3)向反应体系中分批加入饱和碳酸氢钠水溶液至pH＝8，以除去对甲苯磺酸，旋蒸，用3×10mL二氯甲烷萃取3次，收集有机层，加入3g无水硫酸钠除水8小时；

(4)过滤除去无水硫酸钠，旋蒸除去溶剂，在3×50mL的环己烷溶液中沉淀3次，得到无色胶状固体龙脑聚合物(即龙脑聚二乙二醇单乙烯基醚)；

(5)称取步骤(4)中得到的龙脑聚合物1.4435g，加入30mL甲苯溶剂中，在110℃下，减压蒸馏除去甲苯和水。再向龙脑聚合物中加入30mL干燥的甲苯、0.1034g辛酸亚锡和的1.1788gε-己内酯，反应体系条件为，在130℃下，氮气保护，反应48h；

(6)减压浓缩，在3*50mL的冰环己烷中沉淀3次，得到最终产物，产物呈淡黄色胶状固体。

通过红外光谱检测实施例1得到的中间产物龙脑聚合物，红外光谱图如图2所示。

通过核磁共振氢谱检测实施例1中间产物龙脑聚合物，核磁共振氢谱图如图3所示。¹H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.28(s,1H),5.30(s,1H),4.81(ddd,J＝12.9,6.9,3.2Hz,9H),3.98–3.82(m,7H),3.82–3.43(m,78H),2.21(t,J＝2.6Hz,2H),3.22–1.69(m,4H),2.33–1.69(m,3H),1.69–1.39(m,1H),1.43–1.29(m,27H),1.29–1.02(m,1H),1.00–0.80(m,2H),0.02–-0.02(m,1H).

图2和图3同时证明了实施例1成功合成了中间产物龙脑聚合物(龙脑聚二乙二醇单乙烯基醚，简称为PBD)，其分子结构式为：

m值是15，分子量是2134。

红外光谱仪检测实施例1的最终产物，红外光谱图如图4所示。

通过核磁共振氢谱检测实施例1产物，核磁共振氢谱图参照图5所示。¹H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.28(s,33H),4.88–4.72(m,35H),4.75–4.72(m,7H),4.75–4.62(m,10H),4.40–4.21(m,49H),4.21–4.01(m,78H),4.01–3.85(m,8H),3.82–3.48(m,542H),3.46–3.34(m,13H),2.97–2.09(m,197H),2.12–1.95(m,9H),1.70–0.78(m,487H),1.00–0.81(m,6H),1.00–0.78(m,6H),0.03–-0.03(m,33H).

通过凝胶渗透色谱仪(GPC)测定实施例1最终产物的分子量，凝胶渗透色谱图如图6所示。

图4、图5和图6共同证明了最终产物(简称为PBD-PCL)的成功合成，其分子结构式为：

重均分子量为Mw＝6124，m、n值分别是15，35。

用途实施例1

取100mg实施例1中获得的聚合物(PBD₁₅-PCL₃₅)，溶于2mL四氢呋喃，加入1mL0.2mol/L、pH＝5.2的PBS溶液，搅拌30min后，凝胶渗透色谱仪(GPC)测定聚合物的分子量，结果如图7所示。由图中结果可以看出，经酸降解的一组，30min后重均分子量由原来的6124降至1040。

效果实施例1

根据发明内容合成了几种不同m/n的聚合物，其中包括当n＝0时不同分子量的龙脑聚合物PBD(PBD^2K(m＝15)、PBD^3K(m＝22)、PBD^4K(m＝30)、PBD^5K(m＝37))。n＝0时不同分子量的龙脑聚合物PBD的制备方法如下：

(1)按实施例1步骤(1)～(4)制备，与实施例1的区别仅在于：所用的二乙二醇单乙烯基醚量为7.794g，得到PBD^2K(m＝15)；

(2)按实施例1步骤(1)～(4)制备，与实施例1的区别仅在于：所用的二乙二醇单乙烯基醚量为11.691g，，得到PBD^3K(m＝22)；

(3)按实施例1步骤(1)～(4)制备，与实施例1的区别仅在于：所用的二乙二醇单乙烯基醚量为15.588g，，得到PBD^4K(m＝30)；

(4)按实施例1步骤(1)～(4)制备，与实施例1的区别仅在于：所用的二乙二醇单乙烯基醚量为19.485g，，得到PBD^5K(m＝37)。

将上述制备得到的聚合物与实施例1得到的嵌段聚合物PBD₁₅-PCL₃₅进行了抗菌性比对。我们采用了常规的光密度法评估了各物质的最小抑菌浓度(MIC)和细菌生长抑制曲线，结果如表1和图8所示。

表1不同物质的最小抑菌浓度(MIC)

注：原料a为右旋龙脑，原料b为二乙二醇单乙烯基醚，PBD上标为对应的分子量大小，所用菌种包括实验用金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus ATCC25923、大肠杆菌Escherichia coli ATCC25922、沙门氏菌Salmonella enterica ATCC14028、铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa ATCC27853、单增李斯特菌Listeria monocytogenesATCC13932。

MIC是一种表示药物抗菌能力的指标，能够准确反映药物的抗菌活性。右旋龙脑由于水溶性较差，挥发性强，导致右旋龙脑的水溶液抑菌效果并不明显，最小抑菌浓度均在40mg/mL以上，二乙二醇单乙烯基醚是一种溶于水的有机中间体，其水溶液抑菌能力优于右旋龙脑，但由于二乙二醇单乙烯基醚在空气中不稳定，在酸性条件中易自聚，从而影响其抑菌效果。由以上结果可以看出，通过缩醛反应生成的右旋龙脑聚合物PBD抑菌能力明显优于右旋龙脑和二乙二醇单乙烯基醚，对几种菌株的最小抑菌浓度为2.5～5mg/mL，而嵌段共聚物PBD₁₅-PCL₃₅对几种菌株没有表现出抑菌效果，最小抑菌浓度都在40mg/mL以上。

与己内酯共聚影响了右旋龙脑聚合物PBD的抑菌性能，可能是由于分子的疏水链段增加导致聚合物水溶性下降，从而降低其抑菌活性。

当n＝0时，随着m增大，即右旋龙脑聚合物PBD随着分子量的增大，最小抑菌浓度稍有增大的趋势，对于金黄色葡萄球菌、沙门氏菌以及单增李斯特菌5mg/mL增大至10mg/mL，可见分子量增大可能会降低右旋龙脑聚合物PBD的抑菌效果。

OD值能够反映菌体的生长状态，OD值越高，表明被检测菌株吸收的光密度就越高，其浓度也越高。如图8所示，曲线a、b分别为右旋龙脑聚合物PBD(PBD^2K(m＝15))对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌生长曲线图。从图中可以看出，正常情况时，两种菌正常生长，OD_630nm先增加后趋于水平，而在右旋龙脑聚合物PBD溶液1×MIC、2×MIC的作用下，两种菌的OD_630nm变化趋近水平，不能正常生长，这表明在较低的质量浓度(2.5mg/mL对大肠杆菌，5mg/mL对金黄色葡萄球菌)下，右旋龙脑聚合物PBD溶液仍能有效地抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的正常生长。

以上仅为本发明的一个实施例和一个用途例，但是在本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种基于龙脑的聚合物，其特征在于：所述的基于龙脑的聚合物的化学结构式为：

；

式中，m为聚合度，其数值为1～110。

2.根据权利要求1所述的基于龙脑的聚合物，其特征在于：所述的m的数值为1～35。

3.权利要求1所述的基于龙脑的聚合物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将右旋龙脑溶解在二氯甲烷中，加入对甲苯磺酸，搅拌，得到溶液A；

（2）将二乙二醇单乙烯基醚溶解二氯甲烷溶剂中，得到溶液B；将溶液B滴加入溶液A中，反应；

（3）向反应体系中加入酸碱调节剂至pH=7～8，除去对甲苯磺酸；旋蒸除去溶剂，用二氯甲烷萃取，收集有机层，除水；旋蒸除去溶剂，在环己烷溶液中沉淀，得到龙脑聚二乙二醇单乙烯基醚。

4.根据权利要求3所述的基于龙脑的聚合物的制备方法，其特征在于：

所述的右旋龙脑、二乙二醇单乙烯基醚、甲苯磺酸的用量按右旋龙脑：二乙二醇单乙烯基醚：甲苯磺酸=质量比1：30～50：0.04～0.08计。

5.根据权利要求4所述的基于龙脑的聚合物的制备方法，其特征在于：

所述的右旋龙脑、二乙二醇单乙烯基醚、甲苯磺酸的用量按右旋龙脑：二乙二醇单乙烯基醚：甲苯磺酸=质量比1：25～30：0.06～0.07计。

6.根据权利要求3所述的基于龙脑的聚合物的制备方法，其特征在于：

步骤（1）中所述的二氯甲烷的用量按右旋龙脑：二氯甲烷= 1g: 70～150mL计；

步骤（2）中所述的二氯甲烷的用量按二乙二醇单乙烯基醚：二氯甲烷= 1g: 1～5mL计；

步骤（1）中所述的搅拌的条件为：转速800～1000 r/min、时间1～2 h；

步骤（2）中所述的反应的条件为：温度0～10℃、转速800～1000 r/min、时间2～4 h；

步骤（3）中所述的酸碱调节剂为饱和碳酸氢钠水溶液；

步骤（3）中所述的除水的方法为用吸湿剂除水。

7.权利要求1所述的基于龙脑的聚合物在制备抗菌剂中的应用。

8.权利要求1所述的基于龙脑的聚合物在制备基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物中的应用。

9.一种基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物，其特征在于：所述的基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物的化学结构式为：

；

式中，m、n为聚合度，其数值均为1～110。

10.根据权利要求9所述的基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物，其特征在于：

所述的m、n的数值为1～35。

11.权利要求9所述的基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、将权利要求1所述的基于龙脑的聚合物加入甲苯中，蒸馏除去甲苯和水；

B、加入干燥的甲苯、辛酸亚锡和ε-己内酯，反应；将反应产物浓缩，在冰环己烷中沉淀，得到基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物。

12.根据权利要求11所述的基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物的制备方法，其特征在于：

所述的基于龙脑的聚合物、辛酸亚锡、ε-己内酯的用量按基于龙脑的聚合物：辛酸亚锡：ε-己内酯=质量比1：0.01～0.08：0.2～2.5计；

步骤A和步骤B中所述的甲苯的用量，均为按基于龙脑的聚合物：甲苯= 1g：10～30mL计；

步骤B中所述的反应的条件为：氮气条件下，温度120～140℃、时间24～48h。

13.根据权利要求12所述的基于龙脑且具有酸降解性质的聚合物的制备方法，其特征在于：

所述的基于龙脑的聚合物、辛酸亚锡、ε-己内酯的用量按基于龙脑的聚合物：辛酸亚锡：ε-己内酯=质量比1：0.07～0.08：1～2计；

步骤A和步骤B中所述的甲苯的用量均按基于龙脑的聚合物：甲苯= 1g：20～25mL计。