雙端氨基聚乙二醇制備工藝優(yōu)化及表征

柏 猛，叱干家助，曹 偉，紀(jì) 楨

(安康學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院化工系，陜西 安康 725000)

聚乙二醇(Polyethylene glycol，PEG)，其結(jié)構(gòu)式是H(OCH2CH2)nOH，是由環(huán)氧乙烷與水或乙二醇逐步加成聚合而成，是相對(duì)分子質(zhì)量不同的PEG高聚物總稱。由于其良好的生物相容性，無(wú)免疫原性,親水性[1-2],PEG及其衍生物常常在化妝品、醫(yī)藥及建筑等行業(yè)作為保濕劑、乳化劑、載體修飾劑、抗體拮抗劑使用，對(duì)人們的健康生活具有重要的意義[3]。由于其雙端羥基反應(yīng)活性較低，不易發(fā)生反應(yīng)，故此在其衍生物的合成研究應(yīng)用中，主要采用不同的活性基團(tuán)取代其羥基，例如：羧基、對(duì)甲苯磺酸基、醛基、氨基等[4-12]。本研究采用對(duì)甲苯磺酸酯法對(duì)其羥基進(jìn)行活化，并采用水熱法與氨水反應(yīng)，合成雙端氨基聚乙二醇[6-7]，并對(duì)其合成工藝路線進(jìn)行優(yōu)化，為今后工業(yè)化生產(chǎn)提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 化學(xué)試劑及儀器

聚乙二醇6000(PEG-6000)購(gòu)自廣東光華化學(xué)廠有限公司，二氯甲烷(CH2Cl2)、吡啶、四氫呋喃(THF)、乙醚購(gòu)自天津市百世化工有限公司，對(duì)甲苯磺酰氯(TsCl)購(gòu)自成都市科龍化工試劑廠，碳酸氫鈉、氫氧化鈉購(gòu)自西安拓榮化工科技有限公司，氨水25%～28%購(gòu)自天津市天力化學(xué)試劑有限公司，鹽酸(12 mol/L)購(gòu)自鄭州龍達(dá)化工產(chǎn)品有限公司。所有試劑均為分析純。

FT-IR200傅立葉紅外光譜儀(美國(guó)Nicolet公司)；KH-150反應(yīng)釜(西安安泰儀器科有限公司)；AVANCF 300MHz型超導(dǎo)傅立葉數(shù)字化核磁共振儀(德國(guó)Bruker公司)，CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)；DMSO為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

圖1 聚乙二醇二胺(PEG-bis-amino)合成工藝

1.2.1 PEG-bis-amino合成

取4.2 g PEG6000溶于CH2Cl2，按物質(zhì)的量比加入一定量的TsCl和吡啶，充分混合，25℃反應(yīng)24 h，用3 mol/L的HCl洗滌3次，取上清液(有機(jī)層)，有機(jī)層加入過(guò)量碳酸氫鈉攪拌，過(guò)濾，濾液蒸干得到白色粉末狀PEG-対苯磺酸酯粗品(PEG-OTs),將PEG-OTs在室溫下溶于THF中，加入過(guò)量乙醚在0℃下冷凍12 h，析出大量沉淀后過(guò)濾，回收乙醚，再將過(guò)濾后的固體減壓干燥后，放于高壓釜中，加入過(guò)量氨水，于140℃左右密閉反應(yīng)約6 h后，冷卻至室溫，再用CH2Cl2多次萃取水相(上層為有機(jī)相)，合并有機(jī)相后加入氫氧化鈉水溶液，攪拌4 h，用蒸餾水多次洗滌至中性pH值=7，真空干燥得到白色固體，即為PEG-bis-amino。

1.2.2 紅外光譜

取合成的PEG-bis-amine樣品，與KBr壓片，在傅立葉紅外光譜儀(FTIR)上，檢測(cè)其紅外光譜，并和PEG6000的譜圖進(jìn)行比較。

1.2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)文獻(xiàn)資料[6-7]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PEG與TsCl的物質(zhì)的量比(PEG∶TsCl)、溫度及反應(yīng)時(shí)間對(duì)PEG-bis-amino的產(chǎn)率影響較大，因此進(jìn)行L9(33)正交設(shè)計(jì)，即3因素3水平的正交設(shè)計(jì)(表1)，確定PEG-bis-amino的最佳工藝。按正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，共進(jìn)行9組實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

表1 PEG-bis-amino合成L9(33)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(n=3)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 紅外光譜

PEG-bis-amine紅外光譜(圖2A)表明，相較于PEG6000，其在2887 cm-1、1467 cm-1、843cm-1的C-H的伸縮振動(dòng)、彎曲振動(dòng)和搖擺振動(dòng)所形成的特征峰均有減弱；有-NH2在3500 cm-1和3400 cm-1附近有兩條弱的吸收帶，圖2B -NH2在3400 cm-1的吸收強(qiáng)度低于圖2A-OH的吸收強(qiáng)度。1957cm-1處形成的峰有可能是PEG-NH2的N-H鍵的的特征峰。

圖2 PEG6000(A)和PEG-bis-amine(B)的紅外光譜

2.2 正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析

表2 正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(Mean±S.D.n=3)

從正交結(jié)果中可以看出A2B3C1的反應(yīng)條件產(chǎn)率最高，即n(PEG)∶n(TsCl)為1∶2的物質(zhì)的量比配制溶液，當(dāng)氨基化時(shí)間為6 h，溫度為140 ℃時(shí)所得到雙端氨基聚乙二醇的收率最高

為54.28%。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中吡啶為縛酸劑，其一是為了加快酯化反應(yīng)速率；其二是吡啶本身結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，并且呈無(wú)色透明的溶液狀態(tài)，不會(huì)對(duì)反應(yīng)液與反應(yīng)物造成不良影響。PEG-OTs與氨水反應(yīng)生成PEG-bis-amino時(shí)，以氫氧化鈉為縛酸劑，其作用是加快反應(yīng)速率并中和過(guò)量的對(duì)甲苯磺酸。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，溫度對(duì)PEG-bis-amino的產(chǎn)量影響最i大，物質(zhì)的量比次之，反應(yīng)時(shí)間再次之。

從實(shí)際得率上看，與文獻(xiàn)[6-7]的得率相比相對(duì)較低，可能是由于PEG6000分子量較大，其空間位阻效應(yīng)影響了產(chǎn)率。

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