PCL-b-PNAGA嵌段共聚物的制備及表征

王金娜

(天津工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387)

聚己內(nèi)酯(Polycaprolactone，PCL)一種常見的脂肪族聚酯，其優(yōu)越的生物降解性能，良好的生物相容性和力學(xué)性能成為廣大學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)[1]。例如Hu等[2]利用以PCL作為原料之一制備了兩親嵌段共聚物，包載疏水性藥物，來充當(dāng)新一代靶向藥物遞送，控制釋放和疾病診斷功能的納米平臺。Du等[3]以PCL和PAMA為原料制備了生物相容性良好的兩親性嵌段共聚物PCL-b-PAMA，并將其應(yīng)用于藥物載體。然而，PCL的重復(fù)單元為五個碳烷基使其具有強(qiáng)疏水性，限制了其在生物、醫(yī)藥方面的應(yīng)用。而N-丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)[4]是一種白色粉末狀固體，由NAGA合成的PNAGA[5]聚合物大分子水凝膠更是具有極其優(yōu)越的性能。吳倩等[6]研究了雙酰胺氫鍵聯(lián)和強(qiáng)化高分子 PNAGA-PAMPS 超導(dǎo)水凝膠。他們采用 PEDOT/PSS 簡單原位摻雜 PNAGA-PAMPS，制備了雙酰胺氫鍵交聯(lián)和強(qiáng)化高分子超導(dǎo)水凝膠。因此本文將強(qiáng)親水性的單體NAGA通過RAFT法對合成的聚己內(nèi)酯進(jìn)行改性，制備了嵌段共聚物PCL-b-PNAGA。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

ε-己內(nèi)酯(阿拉丁生化科技股份有限公司)，異辛酸亞錫(阿拉丁生化科技股份有限公司)，異溴丁酸羥乙酯(HMB，百靈威化學(xué)技術(shù)有限公司)，丙烯酰氯(百靈威化學(xué)技術(shù)有限公司)，甘氨酰胺鹽酸鹽(百靈威化學(xué)技術(shù)有限公司)，偶氮二異丁腈(百靈威化學(xué)技術(shù)有限公司)，溴化亞銅(天津市希恩思生化科技有限公司)，N,N,N',N',N'-五甲基二亞乙三胺(天津市希恩思生化科技有限公司)，2-(芐基硫烷基硫羰基硫烷基)乙醇(BSTSE，實(shí)驗(yàn)室自制)，二氯甲烷，甲醇，碳酸鉀，二甲基亞砜，鹽酸，氫氧化鈉，無水乙醇，無水硫酸鎂，乙醚(皆購自天津風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司)。

FA1101N分析天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)，CJ78-1磁力攪拌器(金壇市大地自動化儀器廠)，RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)，F(xiàn)D-1a-50真空冷凍干燥機(jī)(天津比朗實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，202-1AB電熱恒溫干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司)，AVANCE-300MHz核磁共振譜儀(瑞士BRUKER 公司)，TENSOR37傅里葉變換紅外光譜儀(瑞士BRUKER 公司)。

1.2 NAGA的合成

據(jù)Dai等報道[4]，取250 mL的單口圓底燒瓶，向其中加入甘氨酰胺酸鹽(71.60 mmol)、水(6 mL)、乙醚(18 mL)、碳酸鉀(33.60 mL，2 mol/L)，冰水浴攪拌15 min。然后將乙醚和丙烯酰氯的混合液(乙醚+丙烯酰氯)用恒壓滴液緩慢滴加，冰水浴中反應(yīng)4 h。反應(yīng)結(jié)束后，將下層溶液的pH值用稀鹽酸調(diào)節(jié)至2，然后終止反應(yīng)。用乙醚萃取三次，取下層溶液。用氫氧化鈉顆粒將pH值調(diào)至7。冰箱冷凍24 h，冷凍干燥一定時間后，用一定量的乙醇和甲醇的混合液(乙醇/甲醇=4∶1)溶解將凍干后的樣品溶解，經(jīng)抽濾后，取下層溶液經(jīng)旋蒸至渾濁后，取出靜置6 h，過濾后取固體，25℃真空干燥。單體NAGA的制備路線如圖1。

圖1 單體NAGA的制備路線圖

1.3 PCL-b-PNAGA的合成

(1)ε-己內(nèi)酯的精制：用量筒量取350 mL 的ε-己內(nèi)酯至500 mL真空干燥后的燒杯中，加入10.00 g CaH2，磁力攪拌器攪拌24 h。然后，將 ε-己內(nèi)酯溶液倒至單口燒瓶中，在油浴110℃條件下進(jìn)行減壓蒸餾，并收集餾分。最后將純化后的ε-己內(nèi)酯封裝在有活化分子篩的試劑瓶中，備用。

(2)開環(huán)聚合(ROP)合成大分子鏈轉(zhuǎn)移劑PCL-CTA：據(jù)Liu等報道[7]，取50 mL的反應(yīng)管，向其中加入ε-己內(nèi)酯(35.00 mmol)、BSTSE(0.50 mmol)、辛酸亞錫(2滴)、甲苯(15 mL)攪拌均勻，之后經(jīng)三次冷凍-解凍循環(huán)后，在110℃油浴鍋中攪拌反應(yīng)12 h，待反應(yīng)結(jié)束后用液氮猝滅反應(yīng)。之后用少量的二氯甲烷溶解稀釋得到的混合物，冰甲醇沉淀三次以純化。最后，將所得的PCL-CTA在真空下于25℃干燥24 h。

(3)RAFT法合成PCL-b-PNAGA：取50 mL的反應(yīng)管，向其中加入PCL-CTA(0.08 mmol)、AIBN(4.00 mg)、DMSO(20 mL)、一定量的NAGA單體，三次冷凍-解凍循環(huán)，在70℃油浴鍋中攪拌反應(yīng)14 h，用液氮淬滅反應(yīng)。冰甲醇處理，取沉淀，向其中加入200 mL蒸餾水，在90℃下洗滌2 h以除去雜質(zhì)，最后，將所得的PCL-b-PNAGA冷凍干燥24 h。制備路線如圖2。

圖2 PCL-b-PNAGA RAFT法的制備路線圖

1.4 傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)

本文采用TENSOR37 型傅里葉變換紅外光譜儀對NAGA、大分子鏈轉(zhuǎn)移劑PCL-CTA和嵌段共聚物PCL-b-PNAGA的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。測試條件分別為25℃，波長范圍為4100～400 cm-1。

1.5 核磁共振(1H-NMR)

本文采用1H-NMR(AVANCE 300MHz)測定NAGA、大分子鏈轉(zhuǎn)移劑PCL-CTA和嵌段共聚物PCL-b-PNAGA的化學(xué)結(jié)構(gòu)。測試條件均為25℃，CDCl3，DMSO-d6為溶劑，四甲基硅烷(TMS)為內(nèi)標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 NAGA的表征

圖3為NAGA在D2O溶劑中的核磁(1HNMR)化學(xué)位移δ為：6.24 ppm (-CH2=CH)，5.76 ppm(CH2=CH)，3.92 ppm(-NH-CH2-CO-)。圖4為NAGA的FTIR光譜顯示其特征譜帶： ν= 3394 cm-1(-NH-)，3313 cm-1(-NH-)，3187 cm-1(-NH-)，1660 cm-1(C=O)，1623 cm-1(C=O)，1556 cm-1(-NH-)。測試結(jié)果與文獻(xiàn)報道一致[4]，證明NAGA單體已經(jīng)成功合成。

圖4 NAGA的FT-IR譜圖

2.2 PCL60-CTA和PCL-b-PNAGA 1H-NMR表征

圖5為聚(ε-己內(nèi)酯)大分子鏈轉(zhuǎn)移劑(PCL-CTA)的合成表征，以BSTSE為引發(fā)劑引發(fā)ε-己內(nèi)酯開環(huán)聚合生成大分子鏈轉(zhuǎn)移劑PCL-CTA。如圖所示為聚合物PCL-CTA的1H-NMR譜圖，譜圖中PCL-CTA化學(xué)結(jié)構(gòu)中所含有的H質(zhì)子均有對應(yīng)的特征峰，1H-NMR(CDCl3，400 MHz，298K，δ)：4.06(-CH2-O)，3.87(-S-CH2-)，3.65(-O-CH2-)，2.30(-CH2-CO)，1.64(-CH2-，-CH-)，1.29(-CH2-)，測試結(jié)果與文獻(xiàn)報道一致[7]，證明成功合成了大分子鏈轉(zhuǎn)移劑PCL-CTA，同時通過4.06 ppm與3.65 ppm處的特征峰的核磁積分比計算出大分子鏈轉(zhuǎn)移劑PCL-CTA的聚合度為60。

通過RAFT合成的嵌段共聚物PCL-b-PNAGA在DMSO溶劑中的核磁(1H-NMR)表征中-CH2-O的化學(xué)位移為3.98 ppm，NH-CH2-CO的化學(xué)位移為3.44 ppm，CO-CH2- 的化學(xué)位移為2.23 ppm，-CH2-，-CH-的化學(xué)位移為1.64 ppm，-CH2-的化學(xué)位移為1.29 ppm，-NH2的化學(xué)位移為6.8～9.0 ppm。測試結(jié)果與文獻(xiàn)報道一致[5,7]，證明PCL-b-PNAGA成功合成。在圖5中根據(jù)特征峰c、e和f可知PCL-PNAGA已經(jīng)成功合成。根據(jù)c和7的積分面積比可知共聚比A為60∶50(理論值為60∶100)，B為60∶8(理論值為60∶20)。這說明了用RAFT成功合成了一定嵌段比的PCL-PNAGA的嵌段共聚物。

圖5 PCL60-CTA和PCL-b-PNAGA的1H-NMR 譜圖

2.3 PCL60-CTA和PCL-b-PNAGA的FT-IR表征

通過ROP和RAFT合成的聚合物結(jié)構(gòu)還可以通過FT-IR定性表征。如圖6所示： PCL60-CTA的FTIR光譜顯示其特征譜帶：ν=3444 cm-1(-OH-)，2941 cm-1(-(CH2)n-)，2864 cm-1(-(CH2)n-)，1723 cm-1(-C=O)，1635 cm-1(C=O)。與PCL60-CTA相比，PCL60-b-PNAGA50圖譜有伯胺和亞胺的特征峰3275 cm-1(-NH-)，3200 cm-1(-NH-)和1544 cm-1(-NH-)。所以根據(jù)紅外譜圖的信息，進(jìn)一步證明了PCL-b-PNAGA的成功制備。

圖 6 PCL-CTA和PCL-b-PNAGA的 FT-IR 譜圖

3 結(jié)論

本文制備了一種具有雙酰胺基團(tuán)的單體NAGA，并利用其通過RAFT方法對疏水性強(qiáng)且生物相容性良好的PCL進(jìn)行改性，制備得到了一定嵌段比的嵌段共聚物PCL-b-PNAGA。我們制備的嵌段共聚物PCL-b-PNAGA由于其具有疏水鏈段和親水鏈段，易形成納米粒子，可作為納米載體包載藥物，廣泛應(yīng)用于醫(yī)用化工領(lǐng)域。