專利名稱：一種嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
水凝膠是指一種主鏈或支鏈含有大量親水性基團并吸附有大量水分的具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)聚合物。水凝膠在水中溶脹但不溶解，在保持一定形狀的同時含有大量水分。根據(jù)對環(huán)境刺激應(yīng)答不同可分為對刺激不敏感的傳統(tǒng)水凝膠和對刺激產(chǎn)生響應(yīng)的環(huán)境敏感水凝膠，后者又稱智能水凝膠。所謂智能性水凝膠，是指在外界物理和化學(xué)因素，如溫度、pH、光、電、磁、聲、力和化學(xué)物質(zhì)等的刺激下自身體積和形狀可以發(fā)生可逆變化的水凝膠。由于智能型水凝膠的獨特響應(yīng)性，在化學(xué)轉(zhuǎn)換器、記憶元件開關(guān)、傳感器、人造肌肉、化學(xué)存儲器、分子分離體系、活性酶的固定、組織工程、藥物載體等方面具有很好的應(yīng)用前景。
在生物相關(guān)過程中，往往伴隨著環(huán)境或自身pH的變化，這一點使得pH響應(yīng)型水凝膠成為了智能水凝膠研究領(lǐng)域的重點之一。該類水凝膠的研究開展也相對較早。最早報道的pH敏感水凝膠是聚丙烯酰胺，它是在1978年Tanaka測定其凝膠溶脹比時發(fā)現(xiàn)的。隨后人們又相繼發(fā)現(xiàn)和制備了多種PH敏感的水凝膠。總的來說，這些水凝膠溶脹或去溶脹的響應(yīng)特性是隨PH值的變化而發(fā)生變化的，可通過在弱聚電解質(zhì)中引入少量疏水性結(jié)構(gòu)單元而實現(xiàn)，其中疏水微區(qū)相當(dāng)于物理交聯(lián)，能干擾聚電解質(zhì)解離所引起的溶脹。具有PH響應(yīng)性的水凝膠一般都是通過交聯(lián)而形成大分子網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中含有大量易水解或質(zhì)子化的酸、堿基團，如羧基和氨基。這些基團的解離受外界PH的影響當(dāng)外界pH變化時，這些基團的解離程度相應(yīng)改變，造成內(nèi)外離子濃度改變；并引起網(wǎng)絡(luò)內(nèi)氫鍵的生成或斷裂，導(dǎo)致凝膠的不連續(xù)體積相變。由于大多數(shù)合成高分子的生物相容性和生物降解性較差，限制了其在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用。于是具有良好生物相容性、無毒、環(huán)境友好，并具有較多活性基團的天然高分子近年來逐漸成為制備水凝膠的理想材料。與此相對應(yīng)，與合成高分子相比，天然高分子水凝膠具有低毒性、良好的生物相容性、對環(huán)境敏感以及低廉的價格等優(yōu)點，然而機械強度差，性能不穩(wěn)定，易降解等不足還有待于改善。由此看見，將低毒性、良好的生物相容性和生物降解性、優(yōu)良的機械性能和環(huán)境敏感性這幾點完美結(jié)合起來，制備出新型、綠色的智能水凝膠是今后努力的研究方向。糖類化合物作為一種天然可再生生物質(zhì)資源，具有石油化工原料所不具備的良好的生物相容性、生物降解性、無毒、無刺激等優(yōu)勢，因此，引入糖基的PH敏感智能水凝膠具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了獲得一種生物相容性良好的pH響應(yīng)型智能水凝膠，通過引入糖類小分子，制備了一種結(jié)構(gòu)可控的嵌段結(jié)構(gòu)PH響應(yīng)型智能水凝膠
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種嵌段結(jié)構(gòu)PH響應(yīng)型糖基智能水凝膠，在整體分子結(jié)構(gòu)上為嵌段結(jié)構(gòu)；制備中以小分子糖類為原料，經(jīng)過與含有雙鍵的鹵代烴或不飽和酰鹵進行醚化或酯化反應(yīng)，制備糖基單體；采用的聚合方法為可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合。小分子糖類為己糖和戊糖，主要是葡萄糖、果糖、半乳糖。引入可聚合雙鍵的醚化和酯化試劑為不飽和鹵代烴和不飽和酰鹵，主要為3-氯丙烯、3-溴丙烯、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯之一。
pH敏感單體主要有含弱酸性和弱堿性基團兩類，其中含弱酸性基團單體為丙烯酸或甲基丙烯酸，含弱堿性基團單體為4-乙烯基吡啶或N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯?？赡婕映蓴嗔焰溵D(zhuǎn)移自由基聚合中的鏈轉(zhuǎn)移劑為雙硫酯型，主要為雙硫代苯甲酸芐酯、雙硫代苯甲酸甲基芐酯、雙硫代苯甲酸二甲基芐酯之一。一種嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠的制備方法，制備步驟如下
A :將小分子糖類單體經(jīng)過OH保護，與含有雙鍵的鹵代烴或者不飽和酰鹵，制備含有雙鍵的可聚合糖基單體；
B :通過格氏試劑法制備雙硫代苯甲酸酯鏈轉(zhuǎn)移劑，將雙硫代苯甲酸酯鏈轉(zhuǎn)移劑與上一步所制得的可聚合糖基單體加入到一定量四氫呋喃中，在惰性氣體保護下，加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈，在70°C下，進行糖基單體的聚合，當(dāng)糖基單體聚合完成后，加入pH敏感單體共聚，得到嵌段結(jié)構(gòu)糖基聚合物；
C :將制備的嵌段結(jié)構(gòu)糖基聚合物，在稀酸中水解游離0H，得到目標(biāo)嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1.制備了凝膠分子骨架為嵌段結(jié)構(gòu)，并且其結(jié)構(gòu)可以調(diào)控；2.本發(fā)明所使用的原料為糖類化合物，提高了生物相容性。


圖I糖基嵌段結(jié)構(gòu)智能水凝膠示意圖。
具體實施例方式 為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳述，下列實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。如圖I所示，一種嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠，在整體分子結(jié)構(gòu)上為嵌段結(jié)構(gòu)；制備中以小分子糖類為原料，經(jīng)過與含有雙鍵的鹵代烴或不飽和酰鹵進行醚化或酯化反應(yīng)，制備糖基單體；采用的聚合方法為可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合；小分子糖類為己糖和戊糖，主要是葡萄糖、果糖、半乳糖；引入可聚合雙鍵的醚化和酯化試劑為不飽和鹵代烴和不飽和酰鹵，主要為3-氯丙烯、3-溴丙烯、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯之一 ；pH敏感單體主要有含弱酸性和弱堿性基團兩類，其中含弱酸性基團單體為丙烯酸或甲基丙烯酸，含弱堿性基團單體為4-乙烯基吡啶或N，N- 二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯；可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合中的鏈轉(zhuǎn)移劑為雙硫酯型，主要為雙硫代苯甲酸芐酯、雙硫代苯甲酸甲基芐酯、雙硫代苯甲酸二甲基芐酯之一。一種嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠的制備方法，制備步驟如下
A :將小分子糖類單體經(jīng)過OH保護，與含有雙鍵的鹵代烴或者不飽和酰鹵，制備含有雙鍵的可聚合糖基單體:通過格氏試劑法制備雙硫代苯甲酸酯鏈轉(zhuǎn)移劑，將雙硫代苯甲酸酯鏈轉(zhuǎn)移劑與上一步所制得的可聚合糖基單體加入到一定量四氫呋喃中，在惰性氣體保護下，加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈，在70°C下，進行糖基單體的聚合，當(dāng)糖基單體聚合完成后，力口入pH敏感單體共聚，得到嵌段結(jié)構(gòu)糖基聚合物；C :將制備的嵌段結(jié)構(gòu)糖基聚合物，在稀酸中水解游離0H，得到目標(biāo)嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠。實施例I :
烯丙基雙丙酮葡萄糖的合成在裝有溫度計回流冷凝管的250mL的四口燒瓶中，力口入干燥的無水丙酮150 mL和粉碎并干燥的葡萄糖9. O g(0. 05 mol),加入催化劑無水FeCl3(1.7g，O. Olmol)。在超聲條件下回流反應(yīng)2h。然后加稀Na2CO3溶液300 ml, CHCl3萃取三次(50 ml X 3)，合并有機相并用飽和食鹽水洗滌(50 ml X 3)，用無水Na2SO4干燥，過濾減壓蒸餾，得粗產(chǎn)物，收率為75.8%，用環(huán)己烷重結(jié)晶得白色結(jié)晶雙丙酮葡萄糖DAG。在250mL干燥潔凈的三口燒瓶中，加入DAG (10 g,0. 04mol)和80mL干燥四氫呋喃攪拌溶解，在氮氣保護下，將60%氫化鈉(2. 4g,0. 052 mol)，然后在40°C條件下，攪拌反應(yīng)lh，緩慢滴加烯丙基溴(5.458，0.04511101)，滴加結(jié)束后，繼續(xù)反應(yīng)311。過濾除去不溶物，減壓除去溶齊U，得到3-烯丙基雙丙酮葡萄糖，收率為89. 1%。
雙硫代苯甲酸二甲基芐酯的合成在恒壓滴液漏斗中加入50 mL干燥的四氫呋喃和10. 5 mL(0. 10 mol)溴苯。在裝有溫度計的250mL的四口燒瓶中，加入稱取表面已除去氧化層的鎂條2. 50 g(0. 105 mol，稍過量)，加入一粒碘，在氮氣保護下，先滴加10 mL混合液，微熱引發(fā)反應(yīng)后，逐滴加入溴苯的四氫呋喃溶液，加畢反應(yīng)2 h。將反應(yīng)體系用冰水浴冷卻，恒壓滴液漏斗中加入9 mL 二硫化碳和50 mL四氫呋喃，滴加結(jié)束后，升溫至50°C反應(yīng)I h。傾倒反應(yīng)液至250 mL圓底燒瓶，同時除去未反應(yīng)的鎂條，抽真空除去THF。先加入50 mL乙醚，然后加入80 mL冰凍的7-8%的氯化銨，分出上層紫紅色有機層，無水硫酸鈉干燥，過濾后室溫下真空除去溶劑，得到紅紫色雙硫代梭酸。加入50 mL四氯化碳和11.7g(0. 10 mol)的a-甲基苯乙烯，70°C反應(yīng)5h，所得產(chǎn)物抽真空除去溶劑，用硅膠為固定相，石油醚為流動相，進行柱分離，濃縮后得到紫紅色油狀液體。產(chǎn)物用正己烷重結(jié)晶，最終得到紫色晶體13. 8 g，收率53. 4%。在裝有溫度計的250 mL的四口燒瓶中，加入四氫呋喃100 ml，然后加入烯丙基雙丙酮葡萄糖10. O g和雙硫代苯甲酸二甲基芐酯0.2 g，在氮氣保護下，加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈AIBN 0. 05 g，在70°C水浴中，反應(yīng)2h，采用TLC檢測烯丙基糖基單體聚合完全；隨后加入共聚單體丙烯酸10. O g，在70°C下繼續(xù)聚合反應(yīng)5h。加入2 mol/L的鹽酸進行水解脫保護的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-丙烯酸”嵌段結(jié)構(gòu)糖基水凝膠13. 7 g。實施例2:
與實施例I的區(qū)別在于在裝有溫度計的250 mL的四口燒瓶中，加入四氫呋喃100 ml,然后加入烯丙基雙丙酮葡萄糖10. O g和雙硫代苯甲酸二甲基芐酯0.2 g，在氮氣保護下，加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈AIBN 0. 05 g，在70°C水浴中，反應(yīng)2h，采用TLC檢測烯丙基糖基單體聚合完全；隨后加入共聚單體甲基丙烯酸10. O g，在70°C下繼續(xù)聚合反應(yīng)5h。加入2mol/L的鹽酸進行水解脫保護的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-甲基丙烯酸”嵌段結(jié)構(gòu)糖基水凝膠14. 2 g。實施例3
與實施例I的區(qū)別在于在裝有溫度計的250 mL的四口燒瓶中，加入四氫呋喃100 ml,然后加入烯丙基雙丙酮葡萄糖10. O g和雙硫代苯甲酸二甲基芐酯0.2 g，在氮氣保護下，加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈AIBN 0. 05 g，在70°C水浴中，反應(yīng)2h，采用TLC檢測烯丙基糖基單體聚合完全；隨后加入共聚單體N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯10. O g，在70°C下繼續(xù)聚合反應(yīng)5h。加入2 mol/L的鹽酸進行水解脫保護的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯”嵌段結(jié)構(gòu)糖基水凝膠12.9 g。實施例4:
與實施例I的區(qū)別在于在裝有溫度計的250 mL的四口燒瓶中，加入四氫呋喃100 ml,然后加入烯丙基雙丙酮葡萄糖10. O g和雙硫代苯甲酸二甲基芐酯O. 2 g，在氮氣保護下，力口入引發(fā)劑偶氮二異丁腈AIBN O. 05 g，在70°C水浴中，反應(yīng)2h，采用TLC檢測烯丙基糖基單體聚合完全；隨后加入共聚單體4-乙烯基吡啶10.0 g，在70°C下繼續(xù)聚合反應(yīng)5h。加入
2mol/L的鹽酸進行水解脫保護的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-4-乙烯基吡啶”嵌段結(jié)構(gòu)糖基水凝膠15. 8 g。
本發(fā)明制備了凝膠分子骨架為嵌段結(jié)構(gòu)，并且其結(jié)構(gòu)可以調(diào)控；本發(fā)明所使用的原料為糖類化合物，提高了生物相容性。
權(quán)利要求
1.一種嵌段結(jié)構(gòu)PH響應(yīng)型糖基智能水凝膠，其特征在于在整體分子結(jié)構(gòu)上為嵌段結(jié)構(gòu)；制備中以小分子糖類為原料，經(jīng)過與含有雙鍵的鹵代烴或不飽和酰鹵進行醚化或酯化反應(yīng)，制備糖基單體；將糖基單體和PH敏感單體通過可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑，經(jīng)可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合制備嵌段結(jié)構(gòu)PH響應(yīng)型糖基智能水凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種嵌段結(jié)構(gòu)PH響應(yīng)型糖基智能水凝膠，其特征在于所述的小分子糖類為己糖和戊糖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠，其特征在于所述小分子糖類選自葡萄糖、果糖、半乳糖。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種嵌段結(jié)構(gòu)PH響應(yīng)型糖基智能水凝膠，其特征在于所述的含有雙鍵的鹵代烴或不飽和酰鹵為3-氯丙烯、3-溴丙烯、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種嵌段結(jié)構(gòu)PH響應(yīng)型糖基智能水凝膠，其特征在于所述的PH敏感單體主要有含弱酸性和含弱堿性基團兩類，其中含弱酸性基團單體為丙烯酸或甲基丙烯酸，含弱堿性基團單體為4-乙烯基吡啶或N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種嵌段結(jié)構(gòu)PH響應(yīng)型糖基智能水凝膠，其特征在于所述的可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合中的鏈轉(zhuǎn)移劑為雙硫酯型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠，其特征在于所述的可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移自由基聚合中的鏈轉(zhuǎn)移劑為雙硫代苯甲酸芐酯、雙硫代苯甲酸甲基芐酯、雙硫代苯甲酸二甲基芐酯之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠的制備方法，其特征在于制備步驟如下 A :將小分子糖類單體經(jīng)過OH保護，與含有雙鍵的鹵代烴或者不飽和酰鹵，制備含有雙鍵的可聚合糖基單體； B :通過格氏試劑法制備雙硫代苯甲酸酯鏈轉(zhuǎn)移劑，將雙硫代苯甲酸酯鏈轉(zhuǎn)移劑與上一步所制得的可聚合糖基單體加入到一定量四氫呋喃中，在惰性氣體保護下，加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈，在70°C下，進行糖基單體的聚合，當(dāng)糖基單體聚合完成后，加入pH敏感單體共聚，得到嵌段結(jié)構(gòu)糖基聚合物； C :將制備的嵌段結(jié)構(gòu)糖基聚合物，在稀酸中水解游離0H，得到目標(biāo)嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種嵌段結(jié)構(gòu)pH響應(yīng)型糖基智能水凝膠及其制備方法，其整體結(jié)構(gòu)為嵌段型；制備中以小分子糖類分子為原料，經(jīng)過酯化和醚化反應(yīng)，首先合成含有可聚合雙鍵的糖基單體，然后以雙硫酯為鏈轉(zhuǎn)移劑，通過可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移劑自由基聚合方法與pH敏感單體聚合制備了嵌段結(jié)構(gòu)的糖基智能水凝膠。本發(fā)明制備了凝膠分子骨架為嵌段結(jié)構(gòu)，并且其結(jié)構(gòu)可以調(diào)控，而且，本發(fā)明所使用的原料為糖類化合物，提高了生物相容性。
文檔編號C08F293/00GK102964547SQ20121051436
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者孫同明, 朱金麗, 湯艷峰, 姜國民, 丁津津, 張素梅, 高鵬飛, 項蕊 申請人:南通大學(xué)