縮酮保護(hù)的聚甲基丙烯酸羥乙酯的部分水解*

周 璐，李林東，李艷艷，宋文杰，蔣 媛，畢韻梅

(云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650500)

聚甲基丙烯酸羥乙酯(PHEMA)由于其親水性、低毒性和良好的組織相容性等特性，已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[1]。PHEMA側(cè)鏈上具有反應(yīng)活性很高的羥基，易進(jìn)行各種修飾，可用于聚合物的功能改性[2]。將PHEMA的羥基與具有縮酮結(jié)構(gòu)的取代羧酸反應(yīng)，可得到縮酮保護(hù)的聚甲基丙烯酸羥乙酯(PDHEMA)，PDHEMA具有親脂性和pH響應(yīng)性[3]，作為納米藥物載體在運(yùn)載抗癌藥方面具有巨大的應(yīng)用前景。

本文利用甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)上活潑的羥基與縮酮封端的2,2-二羥甲基丙酸(DMPA)進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到縮酮封端的甲基丙烯酸羥乙酯(DHEMA)，再以十二烷基三硫代碳酸酯為鏈轉(zhuǎn)移劑調(diào)控DHEMA的可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)自由基聚合，得到PDHEMA。在弱酸性(pH 5)條件下,對(duì)PDHEMA進(jìn)行水解，用核磁共振氫譜(1H NMR)和紫外分光光度計(jì)研究PDHEMA隨時(shí)間變化的水解情況。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

Bruke DRX-500 核磁共振儀，瑞士Bruker公司；Water 2690D 滲透凝膠色譜儀，美國(guó)Waters公司；TU-1901 紫外分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限公司。

十二烷基三硫代碳酸酯按文獻(xiàn)[4]合成，異亞丙基-2,2-二(甲氧基)丙酸按文獻(xiàn)[5]合成，DHEMA按文獻(xiàn)[6]合成，偶氮二異丁腈 (AIBN)，Aladdin公司，經(jīng)甲醇重結(jié)晶兩次后冰箱冷藏備用。

1.2 PDHEMA的合成

在反應(yīng)瓶中加入2.01 g(7.01 mmol)DHEMA、0.08 g(0.23 mmol)十二烷基三硫代碳酸酯、8.21 mg(0.05 mmol)偶氮二異丁腈(AIBN)，抽真空充氮?dú)? min后，氮?dú)獗Ｗo(hù)下60 ℃攪拌反應(yīng)12 h。得到的聚合物溶解在二氯甲烷中，用正己烷共沉淀3次，50 ℃下真空干燥24 h，得黃色固體粉末，產(chǎn)率為64.9%。1H NMR: δ 0.91～0.94 (br,3H,CH3), 1.23 (s, 3H, -CCH3), 1.33-1.41 (br, 3H, -OCCH3), 1.46 (s, 3H, -OCCH3), 1.75-2.05 (s, 2H, -CH2C-), 3.68 (d,J=11.5 Hz, 2H, -CH2O-), 4.20 (d, 4H,J=10.4 Hz, -CH2O- and -CH2OCO-), 4.34 (s, 2H, -CH2OCO-)。

1.3 PDHEMA的部分水解

將1.00 g PDHEMA溶解于甲醇/四氫呋喃(v/v=3:4)混合溶劑，用鹽酸/甲醇(v/v=1:10)溶液調(diào)節(jié)pH為5[7]。在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，分別吸取2 mL溶液，用氫氧化鈉/甲醇溶液(v/v=1:10)調(diào)節(jié)溶液pH為7，旋蒸除去溶劑，剩余物用蒸餾水溶解后，透析3天，冷凍干燥，得白色固體產(chǎn)物。

1.4 部分水解的PDHEMA透過(guò)率的測(cè)定

將不同水解時(shí)間的聚合物配制成質(zhì)量濃度為1 mg/mL的溶液，在波長(zhǎng)為500 nm處測(cè)水解產(chǎn)物的透過(guò)率。

2 結(jié)果與討論

2.1 PDHEMA的表征

以十二烷基三硫代碳酸酯為鏈轉(zhuǎn)移劑調(diào)控DHEMA的RAFT聚合，得到PDHEMA。在產(chǎn)物的1H NMR譜中，在δ 5.5-5.6和δ 6.1沒有出現(xiàn)DHEMA分子中-C=CH2的吸收峰，在δ 3.6，4.2，4.3處的吸收峰為-CH2O-和-CH2OCO-質(zhì)子信號(hào)，由GPC測(cè)得產(chǎn)物的數(shù)均分子量Mn為25045 g/mol，分子量分布PDI為1.764。

2.2 PDHEMA部分水解的結(jié)果與分析

圖1 PDHEMA(a)及PDHEMA水解24 h(b)的1H NMR譜Fig.1 1H NMR spectra of the PDHEMA(a) and the PDHEMA hydrolysis for 24 h (b)

圖2 PDHEMA水解8 h(a)及PDHEMA水解24 h(b)的1H NMR譜Fig.2 1H NMR spectra of the PDHEMA hydrolysis for 8 h (a) and the PDHEMA hydrolysis for 24 h (b)

將PDHEMA用鹽酸/甲醇(v/v=1:10)溶液水解24 h后，得到水解后的PDHEMA(圖1b)，與未水解的PDHEMA的1H NMR譜比較(圖1a)，水解24 h后，縮酮轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性的二醇，-OCH2-的信號(hào)由δ 3.58-3.71移至δ 3.40-3.57，-CH2OCO-的信號(hào)由δ 4.05-4.40移至δ 3.94-4.30，且在δ 4.60-4.67處出現(xiàn)了縮酮水解為-OH后與水形成的氫鍵特征吸收峰，證明PDHEMA在弱酸性(pH 5)條件下發(fā)生水解。

將水解8 h(圖2a)和水解24 h的PDHEMA的1H NMR譜(圖2b)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)水解8 h的PDHEMA在-OCH2-、-CH2OCO-和縮酮水解為-OH后與水形成的氫鍵的特征吸收峰旁分別出現(xiàn)了一個(gè)小的吸收峰。我們推測(cè)是由于在8 h時(shí)PDHEMA側(cè)鏈上的縮酮水解并不完全，導(dǎo)致一部分聚合物的末端是縮酮，一部分聚合物的末端變成親水的二醇，因其末端所接的官能團(tuán)不同，所以化學(xué)位移有所偏移而出現(xiàn)新的吸收峰。

PDHEMA不溶于水，但其側(cè)鏈上的縮酮水解為羥基后可在水中溶解，所以，可以通過(guò)紫外分光光度計(jì)測(cè)定聚合物在不同時(shí)間水解產(chǎn)物的透過(guò)率來(lái)觀測(cè)PDHEMA的水解過(guò)程。在37 ℃、pH 5條件下，測(cè)定聚合物在不同水解時(shí)間的透過(guò)率(圖3)，未開始水解(t=0 h)時(shí)，PDHEMA完全不溶于水，透過(guò)率為0。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，PDHEMA側(cè)鏈上疏水的縮酮水解為親水的二醇，PDHEMA逐漸溶于水，溶液逐漸由渾濁變?yōu)槌吻?，透過(guò)率逐漸增大。在10 h內(nèi)，PDHEMA側(cè)鏈上的縮酮水解掉大部分，透過(guò)率的增長(zhǎng)速率較快；在10～24 h，透過(guò)率增長(zhǎng)速率減緩，此時(shí)，PDHEMA側(cè)鏈上的絕大部分縮酮都水解成親水的二醇；水解至24 h，透過(guò)率接近100%。因此在24 h之前PDHEMA側(cè)鏈上的縮酮只是部分水解，而24 h之后其側(cè)鏈上的縮酮基本水解完，與上述PDHEMA水解8 h(圖2a)和水解24 h(圖2b)的1H NMR譜結(jié)果一致。

圖3 PDHEMA水解的透過(guò)率隨時(shí)間變化曲線Fig.3 The curve of PDHEMA hydrolysis transmittance with time

3 結(jié) 論

采用RAFT聚合縮酮保護(hù)的甲基丙烯酸羥乙酯(DHEMA)，得到疏水的PDHEMA，在弱酸性(pH 5)條件下水解，通過(guò)1H NMR譜的對(duì)比以及紫外分光光度計(jì)測(cè)定聚合物不同水解時(shí)間的透過(guò)率，證明PDHEMA側(cè)鏈上的縮酮水解成二醇，且水解程度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，24 h后水解基本完成。