新型聚酰胺胺樹形分子的合成及表征

吳江渝，徐美英，黃維哲，何紫瑩

（武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430074）

0 引 言

樹形分子最早是由Vogtle等在19世紀70年代研究發現［1］，其名字是由古希臘語的“Dendron”得來.1984年，Tomalia等合成出第一種超支化聚合物，并將其命名為“星狀樹形分子”［2］.近年來，由于樹形分子具有高度的幾何對稱性、精確的分子結構、大量的官能團、分子內存在空腔及分子鏈可控增長等特點，在化學、生物和藥物等領域有著廣泛的應用［3－5］.

聚酰胺胺（PAMAM）樹形分子是第一種合成的商業化的樹形分子［6］.PAMAM 樹形分子在藥物載體、納米復合材料、催化劑和基因載體［6－10］等多方面顯示出廣闊的應用前景.PAMAM樹形分子的大量表面官能團和內部的空腔結構使其與多個分子結合成為可能，因此，PAMAM樹形分子能夠對難溶性分子和藥物起到增溶的效果［11－17］.然而，由于傳統聚酰胺胺樹形分子內部核較小，且組成單一，致使內部空腔狹小，從而導致酸性條件下，包覆效果較差.

微波輔助加熱合成雖能大大提高反應速率，但無法得到本文所需的內部初始核.于是采用傳統的常溫合成方法，用過量的乙二胺與丙烯酸甲酯反應合成初始核，合成出G0－G4核鏈較長并帶有羰基基團的聚酰胺胺型樹形分子，并對其進行表征.

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

試劑：丙烯酸甲酯（國藥集團生產，化學純，使用前重蒸）、乙二胺（國藥集團生產，化學純，使用前重蒸）、甲醇（國藥集團生產，化學純，使用前重蒸）、二氯甲烷（國藥集團生產，化學純，使用前重蒸）、無水乙醚（國藥集團生產，化學純，使用前重蒸）、薄層層析硅膠板（青島海洋化工廠，試劑級）、石英砂（天津市南開化工廠，分析純）、柱層層析硅膠（青島海洋化工廠，試劑級）.

儀器：RE－52型旋轉蒸發器（上海市嘉鵬科技有限公司）、85－2型恒溫磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限公司）、2XZ－4型旋片式真空泵（臨海市譚氏真空設備有限公司）、JA3003N電子天平（上海精密科學儀器有限公司天平儀器廠）、循環水式真空泵（鞏義市予華儀器有限責任公司）、Nicolet 6700型傅里葉紅外光譜儀（美國Thermo Electron公司）、Agilent 400MR型核磁共振波譜儀（美國Agilent公司）.

1.2 合成方法

首先通過酰胺化反應合成初始核，然后采用傳統的發散法，通過反復的邁克爾加成反應和酰胺化反應合成不同代數的聚酰胺胺樹形分子，合成路徑如圖1.合成步驟為：

圖1 核單元及樹形分子合成Fig.1 Synthesis of the core unit and related PAMAM dendrimers

a.核（G0）的合成.將過量的乙二胺溶于5mL甲醇中，攪拌狀態下加入適量的丙烯酸甲酯，常溫條件下反應36h，旋蒸出甲醇和部分乙二胺，150 mL乙醚沉降3次，并用油泵減壓抽出殘余乙二胺，得到淡黃色油狀液體，產率為90%.

b.G0.5－PAMAM 的合成.取3.6mL丙烯酸甲酯溶于5mL甲醇中，室溫攪拌下加入溶于2mL甲醇的二胺230mg，反應24h.利用甲醇∶二氯甲烷（體積比）＝1∶10為展開劑，經TLC檢驗反應物反應完全，并用淋洗劑為甲醇∶二氯甲烷（體積比）＝1∶40進行柱層析分離，得到淡黃色油狀液體G0.5－PAMAM，產率為72%.

c.G1－PAMAM的合成.過量的乙二胺溶于3mL甲醇中，攪拌均勻，將451mg的 G0.5－PAMAM溶于2mL甲醇中，逐滴滴加到過量的乙二胺溶液中，常溫攪拌36h.判斷反應完全后，旋蒸出甲醇和部分乙二胺，200mL乙醚沉降3次，油泵減壓抽出殘余乙二胺，得到黃色油狀液體，產率為68%.

d.重復上述步驟，即得到高代的PAMAM樹形分子.

2 結果與討論

2.1 紅外表征及分析

采用涂膜法測定各步反應的紅外圖譜，如圖2為滿代產物的紅外表征，圖3為半代產物的紅外表征.據分析可知，1560cm－1附近為酰胺羰基的N－H和C－N的彎曲振動吸收峰，羰基伸縮振動的特征吸收峰在1733cm－1附近，在2943cm－1附近為亞甲基的C－H伸縮吸收峰，1477～1482cm－1處為亞甲基的C－H的彎曲振動吸收峰.酰胺羰基中－CO－伸縮振動吸收峰在1634～1650cm－1附近.這些都定性的說明了各步產物中主要特征基團的存在.紅外吸收峰的位置與強度反映了分子結構的特點，從而對產物結構得到了進一步的證實.

2.2 核磁表征及分析

圖2 滿代產物的紅外表征Fig.2 IR spectrum full－generation products

圖3 半代產物的紅外表征Fig.3 IR spectrum of half－generation products

圖4 滿代產物的核磁譜圖Fig.4 1 H NMR spectrum of full－generation products

經過分離提純得到的產物進行1H NMR表征，滿代產物的核磁表征如圖4，半代產物的核磁表征如圖5.其中圖4中化合物的溶劑為重水，圖5中化合物的溶劑為氘仿.1H NMR圖中氫原子在分子中的化學環境不同，而顯示出不同的吸收峰.文中以不同化學位移范圍作為參照，將各吸收峰的積分面積比與理論個數比進行比較.各產物的核磁數據統計如表1，滿代產物的氫核磁數據和表2半代各產物的氫核磁數據.例如G0的核磁譜圖，不同化學范圍的理論氫原子個數比為1∶4∶1，核磁譜圖中的積分面積比為1.00∶3.86∶1.00，兩者比值較接近，可證明為目標產物.再如G1.5，圖中的不同化學范圍內氫原子理論個數比為14∶19∶5∶8，而核磁圖中的各峰面積比為2.64∶3.89∶1.04∶2.13，兩者比值極其相似，說明所得產物為我們所需.

圖5 半滿代產物的核磁圖譜Fig.5 1 H NMR spectrum of half－generation

表1 滿代產物的氫核磁數據Table 1 The data of 1 H NM R of full－generation products

表2 半代各產物的氫核磁數據Table 2 The data of 1 H NM R of half－generation products

3 結 語

本文突破常規的加成路線，從過量的乙二胺與丙烯酸甲酯的反應出發，經過傳統的邁克爾加成和酰胺化反應得到G0－G4的核內帶有羰基的聚酰胺胺型樹形分子.該化合物不但具有聚酰胺胺樹形分子的獨特結構，其核鏈長于傳統的乙二胺核，而且核內的官能團更加多樣，不僅僅局限于碳鏈結構，出現了羰基基團.近年來，樹形分子的研究趨向于表面基團的修飾及內部中心核的改變，本文中的樹形分子的內部中心核的改變以及核鏈變長導致的分子內空腔增大，為樹形分子作為藥物載體的研究提供更多的參考.

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