微波法合成β-環糊精-聚乳酸共聚物

齊欲莎，羅丙紅，周長忍

（1.西安汽車科技職業學院 汽運系，西安 710038；2.暨南大學理工學院 材料科學與工程系，廣州 510632）

β-環糊精（β-CD）是由7個吡喃葡萄糖單元通過α-1,4糖苷鍵首尾連接而成的環狀低聚糖,其分子呈截頂錐狀圓環（見圖1），外部是親水表面，內部是一個疏水空腔，這種結構使得環糊精分子能與多種客體分子通過范德華力、疏水相互作用等形成包絡物[1,2].聚乳酸（PLA）具有良好的生物相容性和可降解性，在醫藥領域應用廣泛.β-CD接枝PLA以后，由于協同作用，將表現出較環糊精單體更高的識別與選擇結合能力，且β-CD分子上親水性羥基的存在能改善PLA的親水性[3]，這就為藥用材料的發展開辟了新途徑.

本研究首次采用微波合成技術，以辛酸亞錫（Sn（Oct）2）為引發劑，β-CD為共引發劑，消旋丙交酯（D，L-LA）單體開環聚合修飾β-CD，形成β-CD-PLA共聚物.與傳統的封管合成法相比，該方法和技術具有反應快速、均勻、選擇性好，無滯后效應、清潔高效、工藝簡單等優點[4,5].

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

試劑：β-CD，生化試劑級，上海伯奧生物科技有限公司，二次水重結晶兩次，45℃真空干燥兩天；D，L-LA，北京元生融科技有限公司，使用前重結晶兩次，放置真空干燥箱干燥24h；Sn（Oct）2，分子篩干燥過的正己烷做溶劑；二氯甲烷、正己烷，分析純，天津市化學試劑一廠.

儀器：美國CEM公司Discover高密度單模微波有機合成儀.

圖1 β-CD的分子結構

1.2 實驗內容、方法

1.2.1 β-CD-PLA的合成

將一定量的D，L-LA、β-CD及Sn（Oct）2依次加入微波反應管中，用加熱套加熱使其中的D，L-LA完全熔融，并與β-CD，Sn（Oct）2混合均勻.將反應管放入微波有機合成儀中，分兩步合成，反應條件如下：第一步，功率250W，溫度210℃，反應2min；第二步，功率50W，溫度130℃，反應12min.

1.2.2 β-CD-PLA的純化

合成產物用二氯甲烷溶解后抽濾，再用大量的二氯甲烷洗滌多次（可用索氏提取器），抽濾，放入真空烘箱內37℃干燥48h得到純化的β-CD-PLA灰色粉末.

1.3 β-CD-PLA的表征

（1）紅外光譜：溴化鉀壓片，采用德國Bruker公司EQUINOX 55型傅立葉變換紅外光譜儀表征.

（2）X-射線衍射：采用北京大學儀器廠MSAL-XD2型全自動X射線粉末衍射儀，Rad.Cu Ka，λ=1.54056?，Filter Ni.

（3）核磁分析：采用德國Bruker公司DRX-400型核磁共振儀測定，溶劑：D2O.

2 結果與討論

圖 2 β-CD（a）和β-CD-PLA（b）的紅外光譜

圖3 β-CD（a）和β-CD-PLA（b）的X-射線衍射

2.1 紅外光譜表征

β-CD和β-CD-PLA的紅外光譜見圖2，從圖中可看出，位于 940 cm－1、580 cm－1、1630 cm－1的吸收峰為β-CD骨架的特征吸收，相比于光譜線a在光譜b中1746 cm－1處出現一新的吸收峰，此為PLA的C=O振動吸收峰，此外光譜b的-OH峰等較β-CD發生一定的位移，在1500～1000cm-1處還出現了PLA的其他吸收峰，說明β-CD和PLA發生了反應.

2.2 X-射線衍射分析

β-CD和β-CD-PLA的X-射線衍射譜圖見圖3.從圖中可以看出，β-CD-PLA的分子形態明顯不同于β-CD，β-CD呈結晶型，其衍射吸收峰主要出現在10～45°的范圍內，而β-CD-PLA僅在12°和18°處范圍內出現衍射吸收峰.這是因為PLA接枝到β-CD上，擾亂了β-CD原來的結構，結晶性降低，從而吸收峰發生變化.

2.3 核磁共振分析

圖4為PLA在CDCl3溶劑中的核磁共振圖譜，圖5為β-CD-PLA的分子結構圖.由于PLA不溶于D2O，而在圖6，β-CD-PLA的核磁共振圖譜中（溶劑為D2O），PLA和β-CD兩種結構單元的氫原子化學位移都得到明確歸屬，δ=1.47（3H，d，CH）和δ=5.16（1H，q，CH）為PLA結構單元中次甲基和甲基氫的化學位移，而β-CD結構上氫原子的化學位移為δ=4.96（1H，d，CH）、δ=3.55，3.52（1H，d，CH）、δ=3.86（1H，t，CH）、δ=3.47（1H，t，CH）和δ=3.80～3.72，δ=4.37 和δ=4.68則分別是-OH和溶劑中氫原子的化學位移，故推 知合成產物是β-CD-PLA.

圖4 PLA的1H NMR[6]

圖5 β-CD-PLA的分子結構

圖6 β-CD-PLA的1H NMR

3 結 論

本研究采用微波法成功合成出具有藥用選擇功能的β-環糊精－聚乳酸共聚物（β-CD-PLA），并采用紅外光譜、X-射線衍射、核磁共振的分析測試手段對合成產物進行了表征.分析結果表明，合成產物與β-CD-PLA結構一致，合成產物即為β-CD-PLA.該方法大大縮短了反應時間，提高了篩選反應條件的效率，得到了合成產物的最佳反應條件，作為一種新的聚合方法和技術，其應用前景十分廣泛.

[1]童林薈.環糊精化學－基礎與應用[M].北京:科學出版社，2001：10-12.

[2]Martin EM,Del Valle.Cyclodextrins and their uses:a review[J].Process Biochemistry,2004,39:1033-1046.

[3]邵瓊芳，董明，胡利華.環糊精接枝聚乳酸的初步研究[J].江西科學，2002，20（4）：213-217.

[4]LIU Li-jian,ZHANG Chao.Microwave-assisted polymeri-zation ofD,L-lactide with stannous octanoate as catalyst[J].Chinese Chemical Letters,2001,12（8）:663-664.

[5]張科,王鵬.聚乳酸的微波輻射合成方法研究[J].高分子材料科學與工程，2004，20（3）：46-48.

[6]楊秀英，張德慶.微波法合成低分子量聚L-乳酸研究[J].齊齊哈爾大學學報，2005，21（4）：12-19.