《武汉工程大学学报》 2013年05期
47-51
出版日期：2013-05-31
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
新型聚酰胺胺树形分子的合成及表征
0引言树形分子最早是由Vogtle等在19世纪70年代研究发现\[1\]，其名字是由古希腊语的“Dendron”得来.1984年，Tomalia等合成出第一种超支化聚合物，并将其命名为“星状树形分子”\[2\].近年来，由于树形分子具有高度的几何对称性、精确的分子结构、大量的官能团、分子内存在空腔及分子链可控增长等特点，在化学、生物和药物等领域有着广泛的应用\[3-5\].聚酰胺胺（PAMAM）树形分子是第一种合成的商业化的树形分子\[6\].PAMAM 树形分子在药物载体、纳米复合材料、催化剂和基因载体\[6-10\]等多方面显示出广阔的应用前景.PAMAM树形分子的大量表面官能团和内部的空腔结构使其与多个分子结合成为可能，因此，PAMAM树形分子能够对难溶性分子和药物起到增溶的效果\[11-17\].然而，由于传统聚酰胺胺树形分子内部核较小，且组成单一，致使内部空腔狭小，从而导致酸性条件下，包覆效果较差.微波辅助加热合成虽能大大提高反应速率，但无法得到本文所需的内部初始核.于是采用传统的常温合成方法，用过量的乙二胺与丙烯酸甲酯反应合成初始核，合成出G0-G4核链较长并带有羰基基团的聚酰胺胺型树形分子，并对其进行表征.1实验部分1.1仪器和试剂试剂：丙烯酸甲酯(国药集团生产，化学纯，使用前重蒸)、乙二胺(国药集团生产，化学纯，使用前重蒸)、甲醇(国药集团生产，化学纯，使用前重蒸)、二氯甲烷(国药集团生产，化学纯，使用前重蒸)、无水乙醚(国药集团生产，化学纯，使用前重蒸)、薄层层析硅胶板(青岛海洋化工厂，试剂级)、石英砂(天津市南开化工厂，分析纯)、柱层层析硅胶(青岛海洋化工厂，试剂级)．仪器：RE52型旋转蒸发器(上海市嘉鹏科技有限公司)、852型恒温磁力搅拌器(巩义市予华仪器有限公司)、2XZ4型旋片式真空泵(临海市谭氏真空设备有限公司)、JA3003N 电子天平(上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂)、循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限责任公司)、Nicolet 6700型傅里叶红外光谱仪（美国Thermo Electron 公司）、Agilent 400MR型核磁共振波谱仪（美国 Agilent 公司）．1.2合成方法首先通过酰胺化反应合成初始核，然后采用传统的发散法，通过反复的迈克尔加成反应和酰胺化反应合成不同代数的聚酰胺胺树形分子，合成路径如图1.合成步骤为：图1核单元及树形分子合成Fig.1Synthesis of the core unit and related PAMAM dendrimersa.核（G0）的合成.将过量的乙二胺溶于5 mL甲醇中，搅拌状态下加入适量的丙烯酸甲酯，常温条件下反应36 h，旋蒸出甲醇和部分乙二胺，150 mL乙醚沉降3次，并用油泵减压抽出残余乙二胺，得到淡黄色油状液体，产率为90％.b.G0.5PAMAM的合成. 取3.6 mL丙烯酸甲酯溶于5 mL甲醇中，室温搅拌下加入溶于2 mL甲醇的二胺230 mg，反应24 h.利用甲醇∶二氯甲烷(体积比)=1∶10为展开剂，经TLC检验反应物反应完全，并用淋洗剂为甲醇∶二氯甲烷（体积比）=1∶40进行柱层析分离，得到淡黄色油状液体G0.5PAMAM，产率为72％.c.G1PAMAM的合成. 过量的乙二胺溶于3 mL甲醇中，搅拌均匀，将451 mg的G0.5PAMAM溶于2 mL甲醇中，逐滴滴加到过量的乙二胺溶液中，常温搅拌36 h.判断反应完全后，旋蒸出甲醇和部分乙二胺，200 mL乙醚沉降3次，油泵减压抽出残余乙二胺，得到黄色油状液体，产率为68％.d.重复上述步骤，即得到高代的PAMAM树形分子.第5期吴江渝，等：一种新型聚酰胺胺树形分子的合成及表征武汉工程大学学报第35卷2结果与讨论2.1红外表征及分析采用涂膜法测定各步反应的红外图谱，如图2为满代产物的红外表征，图3为半代产物的红外表征.据分析可知，1 560 cm-1附近为酰胺羰基的N-H和C-N 的弯曲振动吸收峰，羰基伸缩振动的特征吸收峰在1 733 cm-1附近，在2 943 cm-1附近为亚甲基的C-H伸缩吸收峰，1 477~1 482 cm-1处为亚甲基的C-H的弯曲振动吸收峰.酰胺羰基中-CO-伸缩振动吸收峰在1 634~1 650 cm-1附近.这些都定性的说明了各步产物中主要特征基团的存在.红外吸收峰的位置与强度反映了分子结构的特点，从而对产物结构得到了进一步的证实.图2满代产物的红外表征Fig.2IR spectrum fullgeneration products图3半代产物的红外表征Fig.3IR spectrum of halfgeneration products图4满代产物的核磁谱图Fig.41H NMR spectrum of fullgeneration products2.2核磁表征及分析经过分离提纯得到的产物进行1H NMR表征，满代产物的核磁表征如图4，半代产物的核磁表征如图5. 其中图4中化合物的溶剂为重水，图5中化合物的溶剂为氘仿.1H NMR图中氢原子在分子中的化学环境不同，而显示出不同的吸收峰.文中以不同化学位移范围作为参照，将各吸收峰的积分面积比与理论个数比进行比较.各产物的核磁数据统计如表1，满代产物的氢核磁数据和表2半代各产物的氢核磁数据.例如G0的核磁谱图，不同化学范围的理论氢原子个数比为1∶4∶1，核磁谱图中的积分面积比为1.00∶3.86∶1.00，两者比值较接近，可证明为目标产物.再如G1.5，图中的不同化学范围内氢原子理论个数比为14∶19∶5∶8，而核磁图中的各峰面积比为264∶3.89∶1.04∶2.13，两者比值极其相似，说明所得产物为我们所需.图5半满代产物的核磁图谱Fig.51H NMR spectrum of halfgeneration 表1满代产物的氢核磁数据Table 1The data of 1H NM R of fullgeneration products化合物不同化学位移范围的理论氢原子个数比(2.0~2.5∶2.5~3.0∶3.0~4.0)核磁谱图中积分面积比G01∶4∶11.00∶3.86∶1.00G16∶11∶52.00∶4.55∶1.96G213∶27∶131.35∶2.26∶1.35G330∶59∶291.38∶3.42∶1.23G462∶123∶622.05∶4.09∶2.03表2半代各产物的氢核磁数据Table 2The data of 1H NM R of halfgeneration products化合物不同化学位移范围的理论氢原子个数比(2.0~2.5∶2.5~3.0∶3.0~3.5∶3.5~4.0)核磁谱图中积分面积比G0.56∶7∶1∶46.53∶8.47∶1.00∶5.30G1.514∶19∶5∶82.64∶3.89∶1.04∶2.13G2.530∶43∶13∶163.18∶3.44∶1.00∶1.75G3.561∶90∶29∶322.16∶3.23∶1.00∶1.353结语本文突破常规的加成路线，从过量的乙二胺与丙烯酸甲酯的反应出发，经过传统的迈克尔加成和酰胺化反应得到G0-G4的核内带有羰基的聚酰胺胺型树形分子.该化合物不但具有聚酰胺胺树形分子的独特结构，其核链长于传统的乙二胺核，而且核内的官能团更加多样，不仅仅局限于碳链结构，出现了羰基基团.近年来，树形分子的研究趋向于表面基团的修饰及内部中心核的改变，本文中的树形分子的内部中心核的改变以及核链变长导致的分子内空腔增大，为树形分子作为药物载体的研究提供更多的参考.致谢感谢国家自然科学基金委员会对本研究的资助.