微波法合成β-环糊精-聚乳酸共聚物

齐欲莎，罗丙红，周长忍

（1.西安汽车科技职业学院 汽运系，西安 710038；2.暨南大学理工学院 材料科学与工程系，广州 510632）

β-环糊精（β-CD）是由7个吡喃葡萄糖单元通过α-1,4糖苷键首尾连接而成的环状低聚糖,其分子呈截顶锥状圆环（见图1），外部是亲水表面，内部是一个疏水空腔，这种结构使得环糊精分子能与多种客体分子通过范德华力、疏水相互作用等形成包络物[1,2].聚乳酸（PLA）具有良好的生物相容性和可降解性，在医药领域应用广泛.β-CD接枝PLA以后，由于协同作用，将表现出较环糊精单体更高的识别与选择结合能力，且β-CD分子上亲水性羟基的存在能改善PLA的亲水性[3]，这就为药用材料的发展开辟了新途径.

本研究首次采用微波合成技术，以辛酸亚锡（Sn（Oct）2）为引发剂，β-CD为共引发剂，消旋丙交酯（D，L-LA）单体开环聚合修饰β-CD，形成β-CD-PLA共聚物.与传统的封管合成法相比，该方法和技术具有反应快速、均匀、选择性好，无滞后效应、清洁高效、工艺简单等优点[4,5].

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

试剂：β-CD，生化试剂级，上海伯奥生物科技有限公司，二次水重结晶两次，45℃真空干燥两天；D，L-LA，北京元生融科技有限公司，使用前重结晶两次，放置真空干燥箱干燥24h；Sn（Oct）2，分子筛干燥过的正己烷做溶剂；二氯甲烷、正己烷，分析纯，天津市化学试剂一厂.

仪器：美国CEM公司Discover高密度单模微波有机合成仪.

图1 β-CD的分子结构

1.2 实验内容、方法

1.2.1 β-CD-PLA的合成

将一定量的D，L-LA、β-CD及Sn（Oct）2依次加入微波反应管中，用加热套加热使其中的D，L-LA完全熔融，并与β-CD，Sn（Oct）2混合均匀.将反应管放入微波有机合成仪中，分两步合成，反应条件如下：第一步，功率250W，温度210℃，反应2min；第二步，功率50W，温度130℃，反应12min.

1.2.2 β-CD-PLA的纯化

合成产物用二氯甲烷溶解后抽滤，再用大量的二氯甲烷洗涤多次（可用索氏提取器），抽滤，放入真空烘箱内37℃干燥48h得到纯化的β-CD-PLA灰色粉末.

1.3 β-CD-PLA的表征

（1）红外光谱：溴化钾压片，采用德国Bruker公司EQUINOX 55型傅立叶变换红外光谱仪表征.

（2）X-射线衍射：采用北京大学仪器厂MSAL-XD2型全自动X射线粉末衍射仪，Rad.Cu Ka，λ=1.54056Å，Filter Ni.

（3）核磁分析：采用德国Bruker公司DRX-400型核磁共振仪测定，溶剂：D2O.

2 结果与讨论

图 2 β-CD（a）和β-CD-PLA（b）的红外光谱

图3 β-CD（a）和β-CD-PLA（b）的X-射线衍射

2.1 红外光谱表征

β-CD和β-CD-PLA的红外光谱见图2，从图中可看出，位于 940 cm－1、580 cm－1、1630 cm－1的吸收峰为β-CD骨架的特征吸收，相比于光谱线a在光谱b中1746 cm－1处出现一新的吸收峰，此为PLA的C=O振动吸收峰，此外光谱b的-OH峰等较β-CD发生一定的位移，在1500～1000cm-1处还出现了PLA的其他吸收峰，说明β-CD和PLA发生了反应.

2.2 X-射线衍射分析

β-CD和β-CD-PLA的X-射线衍射谱图见图3.从图中可以看出，β-CD-PLA的分子形态明显不同于β-CD，β-CD呈结晶型，其衍射吸收峰主要出现在10～45°的范围内，而β-CD-PLA仅在12°和18°处范围内出现衍射吸收峰.这是因为PLA接枝到β-CD上，扰乱了β-CD原来的结构，结晶性降低，从而吸收峰发生变化.

2.3 核磁共振分析

图4为PLA在CDCl3溶剂中的核磁共振图谱，图5为β-CD-PLA的分子结构图.由于PLA不溶于D2O，而在图6，β-CD-PLA的核磁共振图谱中（溶剂为D2O），PLA和β-CD两种结构单元的氢原子化学位移都得到明确归属，δ=1.47（3H，d，CH）和δ=5.16（1H，q，CH）为PLA结构单元中次甲基和甲基氢的化学位移，而β-CD结构上氢原子的化学位移为δ=4.96（1H，d，CH）、δ=3.55，3.52（1H，d，CH）、δ=3.86（1H，t，CH）、δ=3.47（1H，t，CH）和δ=3.80～3.72，δ=4.37 和δ=4.68则分别是-OH和溶剂中氢原子的化学位移，故推 知合成产物是β-CD-PLA.

图4 PLA的1H NMR[6]

图5 β-CD-PLA的分子结构

图6 β-CD-PLA的1H NMR

3 结 论

本研究采用微波法成功合成出具有药用选择功能的β-环糊精－聚乳酸共聚物（β-CD-PLA），并采用红外光谱、X-射线衍射、核磁共振的分析测试手段对合成产物进行了表征.分析结果表明，合成产物与β-CD-PLA结构一致，合成产物即为β-CD-PLA.该方法大大缩短了反应时间，提高了筛选反应条件的效率，得到了合成产物的最佳反应条件，作为一种新的聚合方法和技术，其应用前景十分广泛.

[1]童林荟.环糊精化学－基础与应用[M].北京:科学出版社，2001：10-12.

[2]Martin EM,Del Valle.Cyclodextrins and their uses:a review[J].Process Biochemistry,2004,39:1033-1046.

[3]邵琼芳，董明，胡利华.环糊精接枝聚乳酸的初步研究[J].江西科学，2002，20（4）：213-217.

[4]LIU Li-jian,ZHANG Chao.Microwave-assisted polymeri-zation ofD,L-lactide with stannous octanoate as catalyst[J].Chinese Chemical Letters,2001,12（8）:663-664.

[5]张科,王鹏.聚乳酸的微波辐射合成方法研究[J].高分子材料科学与工程，2004，20（3）：46-48.

[6]杨秀英，张德庆.微波法合成低分子量聚L-乳酸研究[J].齐齐哈尔大学学报，2005，21（4）：12-19.