以二乙醇胺為核聚酰胺胺樹形分子的合成及表征

肖 夏，吳江渝*

（武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430074）

以二乙醇胺為核聚酰胺胺樹形分子的合成及表征

肖 夏，吳江渝*

（武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢 430074）

聚酰胺胺（PAMAM）樹形分子因其具有多分支對稱性、內部含有大小不一的空腔以及多官能團表面等一系列結構特性，在分析化學、催化劑、涂料和薄膜技術、生物醫學等領域有廣泛的應用前景.本文以二乙醇胺為核，采用單邊發散法合成了0.5至2代的PAMAM樹形分子，并對所合成的樹形分子進行了1H NMR和FT-IR結構表征.

聚酰胺胺；樹形分子；二乙醇胺；單邊發散法

0 引 言

樹形分子是20世紀80年代興起的一類人工合成高分子，其結構上具有納米尺寸（1～10 nm）、單分散性、多官能團等特性.樹形分子的合成以及應用已成為當今大分子研究的熱點之一.樹形分子在各個領域都有廣泛的應用，例如：主客體化學及其分子的自組裝［1－2］、納米模板［3－4］、催化劑［5－7］、癌細胞靶向治療［8］、藥物載體和基因轉染［9］等.

聚酰胺胺（polyamidoamine，PAMAM）類樹形分子是研究最早且已有商業化產品問世的樹形分子化合物.PAMAM樹形分子的傳統合成方法一般有兩種：發散法和收斂法.無論是發散法還是收斂法，合成的樹形分子在結構上均由中心核、重復單元、表面官能團三部分組成.隨著樹形分子代數的增加，樹形分子逐漸趨向于球形結構.目前PAMAM樹形分子的結構主要以乙二胺［10］、氨［11］、三乙醇胺［12］及三聚乙二醇［13］等為核，通過合成控制可以使其單邊發散、雙邊發散或多邊發散.對樹形分子進行修飾可提升其性能，拓展其應用領域，例如經PEG修飾的樹形分子降低了其生物毒性［14］，而葉酸接枝修飾的樹形分子可以應用于癌細胞靶向治療［15］等.

本文以二乙醇胺為初始核，采用單邊發散法，通過兩次交替的邁克爾加成反應和酰胺化反應，合成了一系列低代PAMAM樹形分子.該樹形分子一端含有兩個羥基，另一端為酯基或伯胺基，為后續樹形分子的修飾提供了可能.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

試劑：二乙醇胺，（國藥集團化學試劑有限公司生產，分析純，使用前重蒸）、丙烯酸甲酯（國藥集團化學試劑有限公司生產，化學純，使用前重蒸）、乙二胺（國藥集團化學試劑有限公司生產，化學純，使用前重蒸）、甲醇（國藥集團化學試劑有限公司生產，化學純，使用前重蒸）、二氯甲烷（國藥集團化學試劑有限公司生產，化學純，使用前重蒸）、無水乙醚（國藥集團化學試劑有限公司生產，化學純，使用前重蒸）、石英砂（天津市河北區海晶精細化工廠，分析純）、薄層層析硅膠（青島海洋化工廠，試劑級）、柱層層析硅膠（青島海洋化工廠，試劑級）.

儀器：Varian Mercury-VX300型核磁共振譜儀（美國 Varian Mercury公司，1H NMR 300 MHz）、Nicolet is10紅外光譜儀（美國Nicolet公司）、8522型恒溫磁力攪拌器（上海市易友儀器有限公司）、RE252型旋轉蒸發器（上海市嘉鵬科技有限公司）、2XZ-4型旋片式真空泵（臨海市譚氏真空設備有限公司）、循環水式真空泵（鞏義市予華儀器有限責任公司）、JA3003N電子天平（上海精密科學儀器有限公司天平儀器廠）、101型電熱鼓風干燥箱（北京永光明醫療儀器廠）.

1.2 合成步驟

在合成過程中采用經典的發散法，利用傳統的邁克爾加成反應和酰胺化反應合成不同代數的樹形分子.合成路線如圖1所示.

圖1 以二乙醇胺為核的PAMAM樹形分子合成路線Fig.1 Synthesis of PAMAM dendrimers with diethanolamine as core

（1）G0.5-PAMAM 的合成.稱取適量二乙醇胺室溫下溶于15 m L甲醇，攪拌狀態下向其溶液中滴加過量的丙烯酸甲酯，在氮氣保護下避光反應48 h.經薄層層析色譜（TLC）檢測發現二乙醇胺已完全反應.減壓蒸餾除去溶劑甲醇及過量丙烯酸甲酯.粗產物進行柱層析分離，提純得到淡黃色油狀液體G0.5-PAMAM，產率為92%.

（2）G1.0-PAMAM 的合成.取G0.5-PAMAM溶于15 m L甲醇，室溫下攪拌均勻.向其滴加6 m L乙二胺，氮氣保護下攪拌反應72 h.經TLC檢測發現原料已完全反應.停止反應，減壓蒸餾除去甲醇及過量的乙二胺.粗產物溶于少量甲醇，乙醚沉降三次.采用油泵減壓抽出殘余乙二胺，直至TLC檢測產物中乙二胺消失.得到淡黃色油狀液體 G1.0-PAMAM，產率為96%.

（3）G1.5-PAMAM的合成.與G0.5-PAMAM合成類似，將G1.0-PAMAM室溫下溶于適量甲醇.向其滴加過量的丙烯酸甲酯，在氮氣保護下避光反應.待其完全反應，除去甲醇及過量丙烯酸甲酯.粗產物通過柱層析分離得到淡黃色油狀液體G1.5-PAMAM，產率為92%.

（4）G2.0-AMAM 的合成.與 G1.0-PAMAM合成類似，取G1.5-PAMAM溶于適量甲醇，室溫下攪拌均勻.向其滴加過量乙二胺，氮氣保護下攪拌反應.待其完全反應，除去甲醇及剩余的乙二胺.粗產物溶于少量甲醇乙醚沉降三次.油泵減壓處理直至除盡乙二胺.得到淡黃色油狀液體G2.0－PAMAM，產率為90%.

2 結果與討論

2.1 核磁共振表征分析

核磁氫譜（1H NMR）手段在檢測分子結構最有效的方法之一.圖2為產物（G0.5-PAMAM、G1.0-PAMAM、G1.5-PAMAM、G2.0-PAMAM）的氫譜核磁圖，其中化合物 G0.5-PAMAM 和G1.5-PAMAM 所用溶劑為 CDCl3，化合物 G1.0-PAMAM和G2.0-PAMAM所用溶劑為D2O.對各步反應產物1H NMR分析如下：

各產物的基本峰個數歸納如表1，通過峰面積積分計算，所得結構與目標產物相符.

圖2 各步反應產物的1 H NMR譜圖Fig.2 1 H NMR spectra of the products

表1 各產物1 H NMR圖的核磁峰統計Table 1 The peak information of 1 H NMR spectra of the products

2.2 紅外（IR）表征分析

圖3為各步反應產物（G0.5-PAMAM、G1.0-PAMAM、G1.5-PAMAM、G2.0-PAMAM）的紅外譜圖，據分析可知，在3 395 cm－1處為O—H的伸縮振動峰，亞甲基的C—H伸縮吸收峰位于2 952 cm－1附近.1 439 cm－1處為亞甲基的C—H的彎曲振動吸收峰.1 731 cm－1處為羰基伸縮振動的特征吸收峰.而在1 198 cm－1處也出現了—C—O—的對稱振動吸收峰.其余各步產物中，在1 634～1 650 cm－1附近為酰胺羰基中—CO—伸縮振動吸收峰.在1 555～1 564 cm－1附近為酰胺羰基中等的N—H和C—N的彎曲振動吸收峰.通過這些特征吸收峰的出現與消失可以判斷反應的進程.對產物結構得到了進一步的證實.

圖3 各步反應產物的紅外光譜圖Fig.3 FT-IR spectra of the products

3 結 語

本研究以二乙醇胺為初始核，采用傳統的發散法通過交替的邁克爾加成反應和酰胺化反應合成了單邊發散的0.5至2代聚酰胺胺（PAMAM）樹形分子.該樹形分子一端含兩個羥基，另一端為酯基或伯胺基，可以通過重復的邁克爾加成和酰胺化進行樹形分子的增長，也可以通過官能團轉換反應對樹形分子進行修飾使其多功能化.我們將對此樹形分子進一步增長及衍生化，并希望將來其在藥物載體和基因轉染載體等領域得到應用.

［1］WEENER J W，BAARS M W P L，MEIJER E W.Dendrimers and Other Dendritic Polymers［M］.LAVOISIER S A S，John Wiley，Sons Ltd，2001，387-424.

［2］Zhang Ying，Liu Jingying，Yang Fang.A new strategy for assembling multifunctional nanocomposites with iron oxide and amino-terminated PAMAM dendrimers［J］.J Mater Sci，2009，20：2433-2440.

［3］李國平，李杰，羅運軍.AgBr納米簇：PAMAM 樹形分子模板法制備及光催化性能研究［J］.無機化學學報，2007，23（2）：253-257.

［4］周旭，吳江渝，李妍.三向聚酰胺胺樹形分子模板法制備納米金［J］.武漢工程大學學報，2010，32（7）：74-77.

［5］Maiyalagan T.Pt-Ru nanoparticles supported PAMAM dendrimer functionalized carbon nanofiber composite catalysts and their application to methanol oxidation［J］.J Solid State Electrochem，2009，13：1561-1566.

［6］López-De Jesús Y M，Christopher T W.PAMAM Dendrimer-Derived Ir／Al2O3Catalysts：An EXAFS Characterization［J］.Catal Lett，2009，132：430-437.

［7］Didier A，Elodie B，Catia O.Dendrimers Designed for Functions： From Physical， Photophysical， and Supramolecular Properties to Applications in Sensing，Catalysis， Molecular Electronics， Photonics， and Nanomedicine［J］.Chem Rev，2010，110：1857-1959.

［8］Bijesh K B，Manniledam K，R S V，et al.Tumor cell imaging using the intrinsic emission from PAMAM dendrimer：a case study with HeLa cells［J］.Cytotechnology，2009，61：17-24.

［9］Prateek S，Umesh G，Abhay A，et al.Folate and folate-PEG-PAMAM Dendrimers Synthesis，Characterization，and Targeted Anticancer Drug Delivery Potential in Tumor Bearing Mice ［J］.Bioconjugate Chem，2008，19：2239-2252.

［10］姜鐵坤，吳江渝，肖夏，等.微波條件下樹形分子核單元的合成及優化［J］.武漢工程大學學報，2010，32（11）：70-73.

［11］賈輝，戴素娟.氨為核樹狀大分子聚酰胺－胺的制備與破乳性能［J］.化學工程師，2002（2）：6-7.

［12］吳江渝.新型聚酰胺－胺樹形分子的合成、表征和生物活性研究［D］.武漢大學，2004.6.

［13］李妍，吳江渝.單邊發散型樹形分子的合成與表征［J］.武漢工程大學學報，2010，32（3）：72-75.

［14］Qi Rong，Gao Yu，Tang Yin，et al.PEG-conjugated PAMAM Dendrimers Mediate Efficient Intramuscular Gene Expression［J］.The AAPS Joumal，2009（11）：395-405.

［15］Zhang Yuanqing，Sun Yanhong，Xu Xiaoping，et al.Synthesis，Biodistribution，and Microsingle Photon Emission Computed Tomography （SPECT）Imaging Study of Technetium-99 m Labeled PEGylated Dendrimer Poly（amidoamine）（PAMAM）-Folic Acid Conjugates［J］.J Med Chem，2010，53：3262-3272.

Synthesis and characterization of polyamidoamine dendrimers using diethanolamine as core

XIAO Xia，WU Jiang－yu
（School of Material Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430074，China）

Polyamidoamine（PAMAM）dendrimers possess unique structural features such as symmetry with hyperbranced formation，various inner cavities and functional terminal with multiple groups，and thus have broad application perspectives in the fields of analytical technology，catalyst，thin film coating，biomedicine and so on.In this paper，diethanolamine is used as the starting core to synthesize PAMAM dendrimer of generations 0.5 through 2，by employing unilateral divergent method.The obtained dendrimer compounds are characterized by1H NMR and FT-IR.

polyamidoamine；dendrimer；diethanolamine；unilateral divergent method

龔曉寧

O633.4

A

10.3969／j.issn.1674-2869.2011.11.011

1674－2869（2011）11－0043－04

2011－10－15

國家自然科學基金（No.51003081）

肖 夏（1987－），女，湖北當陽人，碩士研究生.研究方向：功能高分子.

指導老師：吳江渝，男，博士，碩士生導師.研究方向：生物醫用高分子.＊通信聯系人