《武汉工程大学学报》  2011年07期 45-48   出版日期：2011-08-30   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

---

碳酸酯共聚物的合成与性能


0引言? 聚乙二醇(PEG)具有良好亲水性、溶解性、低毒性，以及无抗原性和免疫原性等优越的性能，已在生物医学领域得到广泛的应用［12］.将PEG引入聚合物中可得PEG改性的共聚物，不仅可以提高聚合物的亲水性，而且还可以通过改变PEG含量来调节共聚物的各种性能［35］.脂肪族聚碳酸酯有低毒性、良好的生物相容性、表面溶蚀性与生物降解性，目前已被广泛的用作为一类理想的生物医用材料.聚碳酸酯一般可以由缩聚、环氧化合物与二氧化碳加聚，以及环状碳酸酯开环聚合三种方法合成［69］.与缩聚反应相比，开环聚合反应没有副产物(如小分子)生成，可制备窄分散度、高分子量聚合物，是合成可生物降解聚碳酸酯、聚酯等的常用方法［1012］.本文用PEG (Mn=4 000)引发9苯基2,4,8,10四氧螺［5,5］十一烷3酮(PTC)进行开环共聚反应，合成侧链含苄氧基的脂肪族碳酸酯共聚物，然后用10％Pd/C催化剂对共聚物进行氢化还原反应，得到部分侧链含羟基的聚碳酸酯.羟基功能基团的引入，不仅增加共聚物的亲水性，而且有利于键连肿瘤靶向基团、药物等，或者进行其他化学修饰.所得聚合物经过1H NMR、GPC、FTIR、UV等结构表征，并研究了聚合物的体外释药性能.具体合成路线如图1.图1碳酸酯共聚物的合成路线
Fig.1Synthetic? route? of? copolycarbonates1实验部分1.1仪器和试剂?实验所用试剂均为分析纯试剂，甲苯、四氢呋喃(THF)均经过加入钠回流干燥，然后再常压蒸馏备用.三乙胺用邻苯二甲酸酐回流，然后用CaH2干燥，最后常压蒸馏备用.PEG (Mn=4 000)在油水分离器中用甲苯回流除水干燥备用.辛酸亚锡为Aldrich Chemical Co.产品，用前经过减压蒸馏纯化，然后溶于干燥的甲苯中配成0.1 mol/L的溶液备用.聚合物分子量及其分布在配备2695D分离组件的Waters凝胶渗透色谱仪(GPC)上测定，用聚苯乙烯作为标样，DMF作为流动相，流速为1 mL/min，柱温为35 ℃. FTIR用Nicolet iS 10 FTIR红外光谱仪测定，UV用UNIC2802H UC/Vis紫外可见分光光度计测定.材料表面接触角用上海梭伦Automatic Contact Angle Meter SL200B测定.环状碳酸酯9苯基2,4,8,10四氧螺［5,5］十一烷3酮(PTC)的合成按文献［13］合成.1.2共聚物的合成碳酸酯共聚物由PEG (Mn=4 000)和环状碳酸酯单体PTC在真空条件下，以辛酸亚锡为催化剂经本体开环聚合而制备，其聚合反应单体投料比［PTC］∶［EG］分别为21，11，12.将PEG和PTC(摩尔总量0.012 mol)、120 μL辛酸亚锡无水甲苯溶液(0.1 mol/L)，依次加入带磁子的干燥聚合管中，然后减压除去溶剂，再通氩气，减压抽真空，如此反复几次.最后将真空密封的聚合瓶在恒温(180 ℃)条件下反应24 h，再用适量的二氯甲烷溶解产物，过量的石油醚重沉淀，过滤后真空干燥得淡黄色固体.1.3共聚物的氢化还原反应将2.34 g 共聚物(聚合反应单体投料比为［PTC］［EG］=21)溶于60 mL N,N二甲基甲酰胺和甲醇的混合溶剂(31, 体积比)，加入0.35 g 10%Pd/C，在常压下通入足量的氢气，在60 ℃下反应48 h.过滤除去催化剂，减压蒸干溶剂，然后用正己烷沉淀，过滤收集沉淀，将固体在45 ℃下真空干燥48 h，得到部分侧链含羟基的碳酸酯共聚物1.92 g，产率为79%.另外聚合反应单体投料比［PTC］［ EG］ 为11，12的共聚物的氢化还原实验采用相同的方法进行.1.4聚合物的体外释药实验将100 mg共聚物与10 mg 5氟尿嘧啶溶解于四氢呋喃中，然后置于表面皿中让溶剂自然挥发，再将所得固体先压片，然后放在透析袋（截留分子量8 000~12 000）中.将此透析袋放在盛有100 mL的磷酸盐缓冲溶液(pH 7.4, 0.1 mol/L, PBS)的锥形瓶中，将瓶口密封，最后将锥形瓶置于温度为37 ℃恒温振荡器中振荡.每隔一段时间从锥形瓶中取出25 mL溶液，并补加25 mL PBS溶液.利用5氟尿嘧啶在紫外光谱265 nm处具有特征吸收峰，测定取出溶液在265 nm处的紫外吸光度，对照5氟尿嘧啶在PBS溶液中的紫外吸光度标准曲线，计算出所取溶液的5氟尿嘧啶的浓度，并作出药物释放率随时间的变化曲线.2结果与讨论2.1结构表征第7期齐君，等：碳酸酯共聚物的合成与性能
武汉工程大学学报第33卷
共聚物经UV、FTIR和1H NMR结构表征（见图2~5）,分析如下:FTIR (KBr, cm-1)：2963，2887(—CH2), 1761 (CO),1457 (C—C),1091(C—O);UV(CH2Cl2,nm)：250,256,260(C6H5—)；1H NMR (CDCl3，δ)：7.26~7.46(C6H5—)，5.43(C6H5—CH—)，4.56 (—COO—CH2—C(CH2O—)2—CH2O—), 414 (—COO—CH2—C(CH2O—)2—CH2O—), 4.02 (—COO—CH2—C(CH2O—)2—CH2O—), 3.87 (—CH2—C(CH2O—)2—CH2O—), 3.64(—OCH2—CH2—). 在共聚物的紫外光谱中，250 nm，256 nm，260 nm处吸收峰属于苯环的特征吸收峰，在共聚物红外光谱中，共聚物在1 761 cm-1处的吸收峰为碳酸酯羰基吸收峰，说明共聚物中存在碳酸酯片段.从1H NMR图谱分析：δ=7.2~7.5和3.64处的吸收峰分别归属于聚碳酸酯PTC片段的中PhH和PEG片段的中的—CH2—CH2—.由紫外、红外和核磁图谱可知，共聚物是由PEG重复结构单元和PTC重复结构单元组成.图2碳酸酯共聚物的红外光谱图
Fig.2FTIR spectra of the copolymer图3碳酸酯共聚物的紫外光谱图
Fig.3UV spectra of the copolymer in CH2Cl2图4碳酸酯共聚物的核磁图
Fig.41H NMR spectra of the copolymer图5部分还原后的碳酸酯共聚物的核磁图
Fig.51H NMR spectra of the partly
deprotected copolymer所得部分还原后的共聚物的1H NMR结构表征分析如下:1H NMR (CDCl3, δ)：7.26~746(C6H5—), 5.43 (C6H5—CH—), 456(—COO—CH2—C(CH2O—)2—CH2O—), 4.65 (—CH2—OH), 4.14 (—COO—CH2—C(CH2O—)2— CH2O—), 4.02 (—COO—CH2—C(CH2O—)2—CH2O—), 3.87 (—CH2—C(CH2O—)2—CH2O—), 3.64 (—OCH2—CH2—), 3.43 (—CH2—OH). δ=3.43处出现的多重峰属于与羟基相连的亚甲基质子峰，δ=4.65处出现的吸收峰为羟基质子峰.通过共聚物还原前后碳酸酯结构片段含量的变化可计算出共聚物(单体投料比为［PTC］［EG］=21)被还原脱保护的比例为37.5%.2.2聚合物GPC和WAC结果表1为投料比对碳酸酯共聚物还原前后分子量和接触角的影响.由表1可知与未经还原的碳酸酯共聚物相比，经还原的碳酸酯共聚物的水接触角有了较大降低，这是因为羟基的引入使聚合物的亲水性有了较大的提高.表1投料比对聚碳酸酯共聚物还原前后分子量和接触角的影响Table 1Experimental data of unreduced/reduced? P(PTCcoPEG) with different feed molar ratio of ［PTC］/［ EG］
［PTC］/
［EG］Mn
(104)Polydisper
sityContact angle/
（°）213.68/3.531.12/1.1989.63/69.18114.25/4.131.14/1.1268.18/55.78124.35/4.011.08/1.1154.84/48.80(Polymerization condition:Monomer/Catalyst=1 000,Temperature:180 ℃,Time:24 h)2.3共聚物的体外释药性能实验　　药物的释放率随时间的变化关系，也即共聚物的降解速率，如图6和图7所示:图6载有5氟尿嘧啶的未还原碳酸酯共聚物的
累积释药率随时间变化曲线
Fig.65Fu release profiles of the copolymers图7载有5氟尿嘧啶的还原的碳酸酯共聚物
的累积释药率随时间变化曲线
Fig.75Fu release profiles of the partly
deprotected copolymers实验结果表明，以本体开环聚合反应制备的碳酸酯共聚物作为药物控制释放体系的载体，在初始阶段药物的释放速率较快，随着时间的增加，药物释放速率趋于平稳，经过30天的释药后未经还原的碳酸酯共聚物P(PTCcoPEG)(［PTC］［EG］=21,11,12)的累积释药率分别为5192%、41.97%、35.44%.然而，还原后的碳酸酯共聚物P(PTCcoPEG)(［PTC］［EG］=21,11,12)的累积释药率分别为62.55%、5305%、44.25%.这可能是因为羟基的引入提高了聚合物的亲水性，加快了聚合物的释药速率.3结语本文采用本体开环聚合反应合成了一系列侧链含苄氧基团的碳酸酯共聚物，然后用10%Pd/C对聚合物进行氢化还原反应，得到侧链含有羟基的共聚物.对共聚物进行了结构表征与药物控制释放实验.结果表明，碳酸酯共聚物具有良好的药物缓释性能，且释药速率稳定.与未经还原的碳酸酯共聚物相比，经氢化还原后碳酸酯共聚物的亲水性和药物释放速率得到了明显的提高.