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一种水溶性含苯硼酸二嵌段共聚物的制备及表征

更新时间:2009-03-28

苯硼酸和含有顺式1,2-或1,3-二羟基的多羟基化合物(尤其是糖类化合物)能够进行可逆高效的共价结合而形成环状的硼酸酯[1-3],此动态化学键具备对pH和糖的双重响应性,因此含苯硼酸的聚合物体系被广泛应用于糖类识别和智能药物传递等生物医药领域[4-5]。为制备苯硼酸(PBA)的聚合物,最常利用可控自由基聚合(CRP)技术,分为三种途径:(1)已有的PBA单体直接进行CPR聚合;(2)先设计合成特定结构的PBA单体,再进行CPR得到相应的均聚物或共聚物;(3)先合成聚合物,功能化PBA再与聚合物侧链上的特定基团发生反应,即通过后聚合改性将苯硼酸基团引入到聚合物侧链。但是,制备得到的含苯硼酸聚合物通常存在水溶性差和制备复杂等问题,这极大地限制了其在生物体内的应用。

本研究通过原子转移自由基聚合(ATRP)方法[6],以端基溴代聚乙二醇(PEG-Br)作为大分子引发剂,引发单体甲基丙烯酸-2-甲氨基乙酯 (DMAEMA)进行可控的活性自由基聚合,得到二嵌段共聚物PEG-b-PDMA;而DMAEMA单体具有很高的季胺化反应活性[7],通过苯硼酸的卤代烃衍生物(4-溴甲基苯硼酸)对PDMA嵌段进行季胺化得到含苯硼酸的嵌段共聚物PEG-b-PBDMA,此季胺化反应活性高、转化率大、反应条件非常温和;重要的是,含苯硼酸的嵌段以季胺盐的形式存在,使本身成为亲水性的嵌段。这将苯硼酸聚合物的合成制备过程大大简化,同时得到一类新型的水溶性的苯硼酸聚合物。此类水溶性的苯硼酸聚合物在生物医药等领域具备良好的应用前景。

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1.1 实验原料及仪器

 

表1 实验原料

  

药品纯度厂家聚乙二醇单甲醚(PEG113-OH)ARAldrich公司甲基丙烯酸二甲氨乙酯(DMAE-MA)CRAldrich公司溴化亚铜(CuBr)CR百灵威科技有限公司2,2-联吡啶(bpy)CR百灵威科技有限公司2-溴异丁酰溴AR百灵威科技有限公司4-溴甲基苯硼酸CR百灵威科技有限公司三乙胺(TEA)AR国药化学试剂甲苯AR国药化学试剂二氯甲烷CR国药化学试剂四氢呋喃(THF)CR国药化学试剂正己烷CR国药化学试剂

 

表2 实验仪器

  

设备名称型号厂家精密电子天平BSA124S赛多利斯科学仪器有限公司真空烘箱VDL115上海默西科学仪器有限公司冷冻干燥机FD-IA-50上海比朗仪器有限公司旋转蒸发仪RE-52AA上海亚荣生化仪器厂

1.2 PEG-b-PBDMA的合成

1.2.1 大分子引发剂PEG113-Br的合成

将真空干燥过夜的PEG113-OH(5 g,1 mmol),吸酸剂三乙胺(约0.29 mL,2 mmol)加入到盛有50 mL的无水甲苯的圆底烧瓶中,搅拌使其完全溶解后,将烧瓶置入冰浴中继续搅拌反应。在用恒压滴液漏斗以1 滴/2 s的速度加入用5 mL甲苯稀释过的2-溴异丁酰溴(0.15 mL,1.25 mmol),滴加完毕后,在室温下反应2天。所得溶液抽滤除去三乙胺盐并旋蒸除去甲苯,所得到浓缩液溶解于二氯甲烷后,利用碱性氧化铝层析柱(200~300目)除去未反应的酰溴,过柱后的反应液用饱和碳酸氢钠溶液洗涤3次收集有机层,饱和氯化钠洗涤3次后取下层有机液,然后将无水MgSO4加入到有机相中搅拌干燥过夜。抽滤去除MgSO4,再对干燥后的反应液进行减压旋蒸。浓缩后的产物在乙醚中沉淀,沉淀溶于甲苯后旋蒸浓缩,如此沉淀溶解再沉淀反复2~3次,最后将沉淀物真空干燥过夜,得到白色粉末状大分子引发剂PEG-Br。

随着我国高等教育的发展,大学生的人数与规模不断扩大。如何提升大学生培养质量成为现阶段我国高等院校广泛关注的理论和现实问题。高等院校对大学生综合能力培养是提升大学生培养质量的重要途径之一。目前,大学生综合能力不足问题日益突出,本文结合仪器分析课堂教学,提出了大学生的基本素质与基本能力、专业能力、创新与实践能力的培养对策,对提升大学生综合能力和今后发展具有积极作用。

1.2.2 二嵌段共聚物PEG-b-PDMA的合成

将大分子引发剂PEG113-Br(0.2 mmol,1.03 g),单体DMAEMA(12 mmol,1.887 g, 约2.02 mL),配体联吡啶Bpy(0.4 mmol,0.062 5 g)和溶剂异丙醇IPA(3 mL)依次加入到25 mL反应茄型瓶,搅拌溶解均匀并保持氮气气氛。30 min后称取催化剂CuBr(0.2 mmol,0.028 7 g)快速加入到茄型瓶中,放入40 ℃油浴锅中反应4 h后。将茄型瓶放入到液氮中猝灭聚合反应,反应物用截留分子量为7 000的透析袋(MWCO 7000)中透析24 h,冷冻干燥48 h。得到二嵌段共聚物PEG-b-PDMA。

1.2.3 二嵌段共聚物PEG-b-PBDMA的合成(PEG-b-PDMA的季胺化)

将二嵌段聚合物PEG113-b-PDMA58(0.04 mmol,0.571 g)和溶剂THF(20 mL)加入到100 mL烧瓶中,磁力搅拌使聚合物在THF完全溶解。大约20 min,聚合物被活化完全后,再称取过量的4-溴甲基苯硼酸(2.4 mmol,0.516 g)加入到烧瓶中,此季胺化反应室温下进行5 h,将反应所得物抽滤并依次用THF和正己烷洗涤,真空干燥过夜。得到含苯硼酸的二嵌段共聚物PEG-b-PBDMA。

据国学博览馆副馆长邵馥萌介绍,国学博览馆不售门票,全部经营性开支一律由集团公司支付,将不定期组织大中专院校、中小学、企事业单位人士免费参观。国学博览馆将利用网络公众号这一载体,定期发布有关国学传统文化的主题学术文章,并组织国学传统文化的研讨和讲座,做国学传统文化相关课题的理论研究,以体现国学博览馆的宗旨“继圣贤明德之学,求知行合一之用”。

1.3 PEG-b-PBDMA的结构与性能表征

[3] Qin Y,Sukul V, Pagakos D, et al. Preparation of organoboron block copolymers via ATRP of silicon and boron-functionalized monomers[J]. Macromolecules 2005, 38(22): 8987-8990.

PEG-b-PBDMA的结构由核磁共振仪Bruke AM-600(600 MHz)测定。其中在核磁测定过程中,使用重水(D2O)和氘代氯仿(CDCl3)测定。

参考文献

本研究使用动态光散射研究了含苯硼酸的二嵌段共聚物PEG113-b-PBMA58的流体力学直径(Dh)如图8所示,结果表明在酸性、中性、碱性等不同pH水溶液中其Dh均保持在8~9 nm,即以单分子链的形式存在,表明此二嵌段共聚物中各个嵌段均具有良好的水溶性;这是由于PEG-Br是完全水溶的,若苯硼酸嵌段是疏水的,二嵌段共聚物将会发生自组装进而产生聚集体尺寸(通常为几十纳米),也证明了苯硼酸嵌段因季铵盐的形式而具备了良好的水溶性。

使用动态光散射仪ALV/DLS/SLS-5022F(配 ALV5000 数字相关器)来测试聚合物样品在水溶液中的粒径及其分布。将样品配置成相同浓度的(1~2 mg/mL)的水溶液,并用NaOH或HCl溶液进行滴定,调节聚合物溶液到需要测试pH值环境;在测试之前所有的溶液均使用0.4 μm的Nylon Millipore过滤膜进行除尘;测试过程中,以He-Ne(632 nm,22 Mv)作为激光光源,动态光散射在173°散射角下测量,测试结果为3次的平均值。

2 结果与讨论

2.1 PEG113-Br的结构表征

大分子引发剂PEG113-Br的合成路线如图1所示,并利用核磁表征原料PEG113-OH和所制备的大分子引发剂PEG113-Br结构,如图2所示。化学位移δ3.34(a峰)处为-OCH3的质子吸收峰;化学位移δ3.65(b峰)处为-OCH2CH2O-的质子吸收峰;与PEG113-OH的核磁谱图相比,PEG113-Br在δ1.98处出现了一个新峰(d峰),对应2-溴异丁酰溴中两个甲基所带的氢原子的峰,这也证明了PEG113-OH与2-溴异丁酰溴发生了发应;原PEG113-OH末端上羟基旁边的亚甲基受酯基的吸电子作用向低场漂移至δ4.32(c峰)。与此同时,根据谱图分析得所得产物特征峰的面积之比约为d∶b∶a=6∶452∶3,与PEG113-Br的分子结构一致,目标大分子引发剂PEG113-Br成功合成。PEG113-Br可作为大分子引发剂,引发后续一系列的聚合反应,也成为聚合物载体重要的具有亲水和生物相容性的一部分。

基础医学“整体功能”立体教学模式的实施是一项系统工程,它涉及到教学理念、教学管理、教学模式、教学内容以及教材等多方面的改革。以提高医学生岗位胜任力为目标的“三导向”培养模式下,专业素质培养过程中构建了具有我院特色的基础医学整体整合课程体系,在实践中我们将加强对教师和学生的全方位评价,随着经验的积累,我院的“整体功能”立体教学模式必将不断地发展与完善,并将为兄弟院校的教学模式改革提供有益的指导和借鉴。

  

图1 PEG113-Br的合成路线

  

图2 大分子引发剂PEG113-Br与原料PEG113-OH的1H NMR谱图

2.2 PEG-b-PDMA的结构表征

[2] Springsteen G, Wang B H. Detailed examination ofboronic acid-diol complexation [J]. Tetrahedron 2002, 58(26): 5291-5300.

在现代汉语中,“本”有很多意思,其中一个就是“自己这方面的”。生活中,我们可能会听到或看到“本位主义”这个词,它指在处理整体利益与个人利益之间的关系时,只顾“自己这方面的”利益,而不顾他人、整体的利益,对其他人或群体漠不关心。从道德的观点上来说,本位主义是自私的一种表现,通常是以牺牲他人、集体的利益而达到自己的目的。这是一种错误的心态,缺乏大局和长远意识,最终的结果是损害自己的利益。

  

图3 PEG113-b-PDMA60 的合成路线

  

图4 PEG113-b-PDMA581H NMR谱图

  

图5 PEG113-Br和PEG113-b-DMA58的GPC谱图

2.3 PEG-b-PBDMA的结构表征

本研究通过原子转移自由基聚合(ATRP)方法首先合成二嵌段共聚物聚乙二醇-b-聚(甲基丙烯-2-甲氨基乙酯)(PEG-b-PDMAEMA),再利用苯硼酸衍生物对甲基丙烯-2-甲氨基乙酯嵌段进行完全季胺化,制备得到新型完全水溶性的苯硼酸聚合物,制备过程简单,反应效率高。此含苯硼酸的嵌段共聚物的合成解决了苯硼酸聚合物水溶性差的问题,同时其中的季胺化反应过程提供了合成水溶性苯硼酸聚合物的新思路。

  

图6 PEG113-b-PBDMA 的合成路线

  

图7 PEG113-b-PBDMA581H NMR谱图

2.4 PEG-b-PBDMA的水溶性表征

1.3.2 水溶性测试

  

图8 二嵌段共聚物PEG113-b-PBDMA58在水溶液中流体力学直径(Dh)

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二嵌段聚合物PEG113-b-PBDMA的路线如图6所示,并利用核磁表征其结构如图7所示。可以清楚地看到相对于PEG113-b-PDMA,PEG113-b-PBMA在化学位移δ为7.0左右处出现了苯环的特征质子吸收峰(h,i峰),同时在化学位移δ4.4处的新的吸收峰(g峰),证明PDMA被成功季胺化接上了苯硼酸基团;同时PDMA上的特征峰e和f峰完全消失,转变为PBMA上的e’和f’峰,表明PDMA嵌段被完全100%地季胺化,根据通过苯环特征峰与PEG的特征峰的积分面积比,也同样可以计算得到季胺化程度为100%。

PEG-b-PBDMA的相对分子质量分布采用凝胶渗透色谱仪(Polymer Laboratory GPC-50)进行测试,以N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)为流动相、窄分布聚苯乙烯(PS)为标样,流速为1 mL/min,注体箱温度为40 ℃。将制备得到的聚合物样品溶于DMAC中,配置成浓度约为4~5 mg/mL的溶液,再对聚合物进行GPC测定。

[1] Rowan S J,Cantrill S J, Cousins G R L, et al. Dynamic covalent chemistry[J]. Angewandte Chemie International Edition. 2002, 41(6): 898-952.

利用PEG113-Br为引发剂,制备二嵌段聚合物PEG113-b-PDMA的路线如图3所示,并利用核磁表征其结构,如图4所示。可清楚观察到PEG在化学位移δ3.6处的-OCH2CH2O-特征质子吸收峰;同时未发现DMAEMA单体的双键的特征峰(δ5.4~7.8),而出现了新的特征峰d峰(δ4.0)和e峰(δ2.5)和f峰(δ2.2)。这表明DMA单体在PEG113-Br的引发下打开双键进行聚合,同时反应体系中没有未参加反应的单体存在,故成功合成了具有预期结构的含糖二嵌段共聚物PEG113-b-PDMA。通过DMA的特征峰d(或e峰或f峰)与PEG 的特征峰的面积比,计算得到单体DMA 的聚合度为58。如图5所示,PEG113-b-PDMA58二嵌段共聚物的GPC 流出曲线是对称的单峰,其中Mn=16 290,Mw/Mn=1.14,且分子量相对于PEG113-Br向高分子量移动,说明单体DMA通过ATRP 成功转化为结构明确分子量分布较窄PEG113-b-PDMA二嵌段共聚物。通过核磁、GPC分析说明成功制备结构明确分子量分布较窄PEG113-b-PDMA58二嵌段含糖共聚物。

1.3.1 结构表征

按照建筑高度,民居可分为楼房和单层建筑两类。对于楼房,当地有着“七上八下”的说法,也就是上层高七尺,下层高八尺。楼层较高的可做居室,有的会做成低矮闷顶,仅供储物,当地人称 “一层半”或“顶心楼”,也叫“连二”。以上几种类型民居在聚落内相互组合,高低错落,形成了丰富的聚落景观。

[4] Kabilan S, Marshall A J, Sartain F K, et al. Holographic glucose sensors [J]. Biosensors & Bioelectronics, 2005, 20 (8) :1602-1610.

[5] Li Y, Xiao W, Xiao K, et al. Well-Defined, reversible boronate crosslinked nanocarriers for targeted drug delivery in response to acidic pH values and cis-Diols [J]. Angew. Angewandte Chemie International Edition. 2012, 51(12): 2864-2869.

中小制造企业应增强信息化管理水平,为发展战略的升级添砖加瓦。这就囊括了一揽子的具备战略效果的举措,比如将信息软件ERP、PLM、CRM、OA等引入压缩机械企业的经营和治理中。只要全方位实行信息化,就能实现成本下降、提升竞争水平,优化企业整体的发展战略,在工业4.0中不至于落伍。

[6] Wang J S,Matyjaszewski K. “Living”/controlled radical polymerization. transition-metal-catalyzed atom transfer radical polymerization in the presence of a conventional radical initiator [J]. Macromolecules, 1995, 28(22): 7572-7573.

和地下潜流,它劈开群山峻岭,奔涌不息,横穿祁连山脉,在这里留下了一条大峡谷——黑河大峡谷,其原始神奇的峡谷风光正等待着大家前去游览、欣赏。

[7] Vural Bütün, Armes S P, Billingham N C. Selective quaternization of 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate residues in tertiary amine methacrylate diblock copolymers[J]. Macromolecules, 2007, 34(5): 1148-1159.

 
张晓婷,江晓泽
《合成技术及应用》 2018年第01期
《合成技术及应用》2018年第01期文献

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