IR法和1H-NMR法表征Bi(OAc)3催化乙交酯和D,L-丙交酯共聚的單體轉(zhuǎn)化率

高 建，連明磊，吳 紅，李 琳

（六盤水師范學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州六盤水553004）

聚乙丙交酯（PLGA）是一種非常重要的生物醫(yī)用材料，具有良好的生物相容性和可降解性[1]。它廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如外科縫合、骨折內(nèi)固定材料、組織修復(fù)材料和藥物控釋系統(tǒng)[2]。聚乙交酯(PGA)纖維不太柔韌，可能損傷人體組織。聚丙交酯（PLA）的柔性優(yōu)于 PGA，但降解速率慢于PGA，通過調(diào)節(jié)PLA的分子量和分子量分布來限制其降解速率，以提高聚合物的生物降解性[3]。目前，PLGA是臨床方面應(yīng)用最多的一種可吸收縫合線[4]。

PLGA能夠通過乙交酯和丙交酯共聚制備[5]。Bi是最低毒的重金屬元素[6-7]，本文選用Bi(OAc)3催化GA和D,L-LA共聚合成PLGA。在GA和D,L-LA共聚過程中，單體的轉(zhuǎn)化率是考察聚合過程的重要因素之一。因此，建立一種簡單、準(zhǔn)確的測定共聚反應(yīng)中單體轉(zhuǎn)化率的方法是非常重要的。與其它方法相比，IR法和1H-NMR法需要的樣品量少，掃描時(shí)間短[8-9]。本文使用IR法分析溶劑抽提純化的PLGA中GA和D,L-LA的殘留量，然后對PLGA的1HNMR譜進(jìn)行分析，根據(jù)特征峰積分面積計(jì)算聚合物中GA片段和LA片段的含量，進(jìn)一步推導(dǎo)出單體的轉(zhuǎn)化率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑和儀器

乙交酯，99.5%，自制；D,L-丙交酯，99.5%，自制；乙酸乙酯，99.5%，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；石油醚，99.5%，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；三氯甲烷，99.0%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲醇，99.5%，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司；Bi(OAc)3，99.9%，Alfa Aesar公司；氘代CHCl3，99.8%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；AVANCEIII型核磁共振儀，瑞士bruker公司；電子天平，福州市華志科學(xué)儀器有限公司；磁力加熱攪拌器，Hei-Tec公司；數(shù)顯型攪拌器，德國IKA公司。

1.2 PLGA聚合物的合成[3]

單體乙交酯和D,L-丙交酯經(jīng)乙酸乙酯/石油醚混合液（體積比為2:1）三次重結(jié)晶純化后，于40℃下真空干燥24h。采用本體聚合制備PLGA，單體摩爾比（GA：D,L-LA）為1:1，催化劑為Bi(OAc)3，單體與催化劑摩爾比為3000:1，反應(yīng)物在150℃下聚合4h，聚合在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行。聚合產(chǎn)物經(jīng)CHCl3和MeOH抽提純化，純化后的共聚物于48℃下減壓干燥12h，測定聚合物質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)物的收率。

1.3 IR法分析PLGA中GA和D,L-LA殘留量的方法

Perkin-Elmer公司的SpectrumGX型傅里葉變換紅外光譜儀。光譜范圍4000～400cm-1，中紅外DTGS檢測器，掃描次數(shù)16次，OPD速度0.2cms-1，分辨率4cm-1。對H2O和CO2干擾進(jìn)行實(shí)時(shí)扣除。粉碎樣品并通過100目篩網(wǎng)。取過100目篩粉末2mg與200mg溴化鉀（碎晶），混合研磨均勻后壓片測定[10]。

1.4 1H-NMR法測定PLGA中GA和LA片段相對含量的方法

稱取適量PLGA，置于核磁樣品管中，每只樣品管加入0.5mL CDCl3，充分溶解聚合物。以Bruker自帶的脈沖程序cpmgprld測定樣本。采樣參數(shù)：寬度為6009Hz，脈沖寬度為11.95s，延遲時(shí)間為6.50s，采樣溫度為25℃，采樣次數(shù)為32次。

2 結(jié)果與討論

2.1 IR法分析溶劑洗滌后的PLGA中GA和D,LLA殘留量

在 GA開環(huán)后的片段結(jié)構(gòu)中，1215cm-1和1095cm-1附近的吸收峰位分別為酯基C-O-C中的反對稱伸縮振動(dòng)和對稱伸縮振動(dòng)。在GA的結(jié)構(gòu)中，波數(shù)1210 cm-1附近的吸收峰位為酯基中C-OC的反對稱伸縮振動(dòng)，1050cm-1附近為酯C-O-C鍵對稱伸縮振動(dòng)峰[11]。為了減少聚合物和單體中的峰重疊，我們選擇1050cm-1附近的吸收峰來考察PLGA中GA含量的變化。分別測定了GA、混合物（PLGA、GA和LA）和PLGA的IR譜圖，見圖1。

圖1 PLGA的IR譜圖GA特征峰

在圖1中，隨著 PLGA中 GA含量的減小，1051cm-1處的吸收峰高度減小，1098cm-1處的吸收峰高度增加。由圖1可以確定抽提純化后的PLGA中GA含量為零。

在LA開環(huán)后的片段結(jié)構(gòu)中，1185cm-1附近的吸收峰位為聚合物中 C-O-C的反對稱伸縮振動(dòng)。在LA的結(jié)構(gòu)中，1240cm-1和933cm-1附近的吸收峰位為單體中C-O-C的反對稱伸縮振動(dòng)。為了減少聚合物和單體中的峰重疊，我們選擇1240cm-1附近的吸收峰高度來分析PLGA中D,L-LA含量的變化[12]。分別測定了LA、混合物（PLGA、GA和LA）和PLGA的IR譜圖，見圖2。

圖2 PLGA的IR譜圖LA特征峰

在圖2中，隨著 PLGA中 LA含量的減小，1256cm-1處的吸收峰高度減小，1169cm-1處的吸收峰高度增加。由圖2可確定PLGA中LA的含量為零。

2.2 GA和LA定量峰的選擇

共聚產(chǎn)物PLGA的1H-NMR譜圖如圖3所示。

圖3 PLGA的1H-NMR譜圖GA和LA片段特征峰

2.3 樣品測定結(jié)果

圖4 PLGA的1H-NMR譜圖GA和LA片段特征峰面積

GA和LA片段的相對含量是以樣品中各片段基團(tuán)上質(zhì)子的吸收峰積分面積進(jìn)行比較;也就是說，將GA片段與質(zhì)子在指定基團(tuán)上產(chǎn)生的吸收峰的積分面積(A1/N1)和質(zhì)子碎片在LA片段的指定組上的積分面積(A2/N2)進(jìn)行比較。然后按下式計(jì)算GA片段的相對含量[14]。

按照1H-NMR譜中LA單元上的CH和GA單位上的CH2的質(zhì)子共振峰的積分面積可計(jì)算出共聚物的化學(xué)構(gòu)成（見圖4）。按照1.2節(jié)中的合成方法制備了5個(gè)PLGA樣品，相關(guān)測定結(jié)果見表1。

表1 GA和D,L-LA共聚產(chǎn)物的表征

從結(jié)果中可看到，PLGA的平均收率為66.85%，GA的平均轉(zhuǎn)化率為84.18%，D,L-LA的平均轉(zhuǎn)化率為52.88%。聚合產(chǎn)物中的 GA結(jié)構(gòu)單元中的材料含量在原料配比中略高于GA含量。其原因是GA的競爭率遠(yuǎn)大于D,L-LA的競爭率為[13]。

3 結(jié)論

聚合產(chǎn)物PLGA經(jīng)CHCl3和MeOH抽提純化，計(jì)算產(chǎn)物PLGA的收率。使用IR法確定溶劑洗滌后的PLGA中無GA和D,L-LA殘留。使用1H-NMR法表征PLGA中GA和D,L-LA片段相對含量。計(jì)算出GA和D,L-LA共聚的單體轉(zhuǎn)化率。GA與D,L-LA物質(zhì)的量比為50:50，單體與催化劑物質(zhì)的量比為3000:1，150℃下Bi(OAc)3催化單體共聚4h。產(chǎn)物PLGA的平均收率為66.85%，GA的平均轉(zhuǎn)化率為84.18%，D,L-LA的平均轉(zhuǎn)化率為52.88%。本研究為測定環(huán)酯開環(huán)聚合過程中單體的轉(zhuǎn)化率提供了一種簡便的方法。