IR法和1H-NMR法表征Bi(OAc)3催化乙交酯和D,L-丙交酯共聚的单体转化率

高 建，连明磊，吴 红，李 琳

（六盘水师范学院化学与材料工程学院，贵州六盘水553004）

聚乙丙交酯（PLGA）是一种非常重要的生物医用材料，具有良好的生物相容性和可降解性[1]。它广泛应用于生物医学领域，如外科缝合、骨折内固定材料、组织修复材料和药物控释系统[2]。聚乙交酯(PGA)纤维不太柔韧，可能损伤人体组织。聚丙交酯（PLA）的柔性优于 PGA，但降解速率慢于PGA，通过调节PLA的分子量和分子量分布来限制其降解速率，以提高聚合物的生物降解性[3]。目前，PLGA是临床方面应用最多的一种可吸收缝合线[4]。

PLGA能够通过乙交酯和丙交酯共聚制备[5]。Bi是最低毒的重金属元素[6-7]，本文选用Bi(OAc)3催化GA和D,L-LA共聚合成PLGA。在GA和D,L-LA共聚过程中，单体的转化率是考察聚合过程的重要因素之一。因此，建立一种简单、准确的测定共聚反应中单体转化率的方法是非常重要的。与其它方法相比，IR法和1H-NMR法需要的样品量少，扫描时间短[8-9]。本文使用IR法分析溶剂抽提纯化的PLGA中GA和D,L-LA的残留量，然后对PLGA的1HNMR谱进行分析，根据特征峰积分面积计算聚合物中GA片段和LA片段的含量，进一步推导出单体的转化率。

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

乙交酯，99.5%，自制；D,L-丙交酯，99.5%，自制；乙酸乙酯，99.5%，上海凌峰化学试剂有限公司；石油醚，99.5%，上海凌峰化学试剂有限公司；三氯甲烷，99.0%，国药集团化学试剂有限公司；甲醇，99.5%，江苏强盛功能化学股份有限公司；Bi(OAc)3，99.9%，Alfa Aesar公司；氘代CHCl3，99.8%，国药集团化学试剂有限公司；AVANCEIII型核磁共振仪，瑞士bruker公司；电子天平，福州市华志科学仪器有限公司；磁力加热搅拌器，Hei-Tec公司；数显型搅拌器，德国IKA公司。

1.2 PLGA聚合物的合成[3]

单体乙交酯和D,L-丙交酯经乙酸乙酯/石油醚混合液（体积比为2:1）三次重结晶纯化后，于40℃下真空干燥24h。采用本体聚合制备PLGA，单体摩尔比（GA：D,L-LA）为1:1，催化剂为Bi(OAc)3，单体与催化剂摩尔比为3000:1，反应物在150℃下聚合4h，聚合在氮气环境下进行。聚合产物经CHCl3和MeOH抽提纯化，纯化后的共聚物于48℃下减压干燥12h，测定聚合物质量，计算产物的收率。

1.3 IR法分析PLGA中GA和D,L-LA残留量的方法

Perkin-Elmer公司的SpectrumGX型傅里叶变换红外光谱仪。光谱范围4000～400cm-1，中红外DTGS检测器，扫描次数16次，OPD速度0.2cms-1，分辨率4cm-1。对H2O和CO2干扰进行实时扣除。粉碎样品并通过100目筛网。取过100目筛粉末2mg与200mg溴化钾（碎晶），混合研磨均匀后压片测定[10]。

1.4 1H-NMR法测定PLGA中GA和LA片段相对含量的方法

称取适量PLGA，置于核磁样品管中，每只样品管加入0.5mL CDCl3，充分溶解聚合物。以Bruker自带的脉冲程序cpmgprld测定样本。采样参数：宽度为6009Hz，脉冲宽度为11.95s，延迟时间为6.50s，采样温度为25℃，采样次数为32次。

2 结果与讨论

2.1 IR法分析溶剂洗涤后的PLGA中GA和D,LLA残留量

在 GA开环后的片段结构中，1215cm-1和1095cm-1附近的吸收峰位分别为酯基C-O-C中的反对称伸缩振动和对称伸缩振动。在GA的结构中，波数1210 cm-1附近的吸收峰位为酯基中C-OC的反对称伸缩振动，1050cm-1附近为酯C-O-C键对称伸缩振动峰[11]。为了减少聚合物和单体中的峰重叠，我们选择1050cm-1附近的吸收峰来考察PLGA中GA含量的变化。分别测定了GA、混合物（PLGA、GA和LA）和PLGA的IR谱图，见图1。

图1 PLGA的IR谱图GA特征峰

在图1中，随着 PLGA中 GA含量的减小，1051cm-1处的吸收峰高度减小，1098cm-1处的吸收峰高度增加。由图1可以确定抽提纯化后的PLGA中GA含量为零。

在LA开环后的片段结构中，1185cm-1附近的吸收峰位为聚合物中 C-O-C的反对称伸缩振动。在LA的结构中，1240cm-1和933cm-1附近的吸收峰位为单体中C-O-C的反对称伸缩振动。为了减少聚合物和单体中的峰重叠，我们选择1240cm-1附近的吸收峰高度来分析PLGA中D,L-LA含量的变化[12]。分别测定了LA、混合物（PLGA、GA和LA）和PLGA的IR谱图，见图2。

图2 PLGA的IR谱图LA特征峰

在图2中，随着 PLGA中 LA含量的减小，1256cm-1处的吸收峰高度减小，1169cm-1处的吸收峰高度增加。由图2可确定PLGA中LA的含量为零。

2.2 GA和LA定量峰的选择

共聚产物PLGA的1H-NMR谱图如图3所示。

图3 PLGA的1H-NMR谱图GA和LA片段特征峰

2.3 样品测定结果

图4 PLGA的1H-NMR谱图GA和LA片段特征峰面积

GA和LA片段的相对含量是以样品中各片段基团上质子的吸收峰积分面积进行比较;也就是说，将GA片段与质子在指定基团上产生的吸收峰的积分面积(A1/N1)和质子碎片在LA片段的指定组上的积分面积(A2/N2)进行比较。然后按下式计算GA片段的相对含量[14]。

按照1H-NMR谱中LA单元上的CH和GA单位上的CH2的质子共振峰的积分面积可计算出共聚物的化学构成（见图4）。按照1.2节中的合成方法制备了5个PLGA样品，相关测定结果见表1。

表1 GA和D,L-LA共聚产物的表征

从结果中可看到，PLGA的平均收率为66.85%，GA的平均转化率为84.18%，D,L-LA的平均转化率为52.88%。聚合产物中的 GA结构单元中的材料含量在原料配比中略高于GA含量。其原因是GA的竞争率远大于D,L-LA的竞争率为[13]。

3 结论

聚合产物PLGA经CHCl3和MeOH抽提纯化，计算产物PLGA的收率。使用IR法确定溶剂洗涤后的PLGA中无GA和D,L-LA残留。使用1H-NMR法表征PLGA中GA和D,L-LA片段相对含量。计算出GA和D,L-LA共聚的单体转化率。GA与D,L-LA物质的量比为50:50，单体与催化剂物质的量比为3000:1，150℃下Bi(OAc)3催化单体共聚4h。产物PLGA的平均收率为66.85%，GA的平均转化率为84.18%，D,L-LA的平均转化率为52.88%。本研究为测定环酯开环聚合过程中单体的转化率提供了一种简便的方法。