縮酮保護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

(云南師范大學化學化工學院，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，已被廣泛應用于生物醫學領域[1]。PHEMA側鏈上具有反應活性很高的羥基，易進行各種修飾，可用于聚合物的功能改性[2]。將PHEMA的羥基與具有縮酮結構的取代羧酸反應，可得到縮酮保護的聚甲基丙烯酸羥乙酯(PDHEMA)，PDHEMA具有親脂性和pH響應性[3]，作為納米藥物載體在運載抗癌藥方面具有巨大的應用前景。

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)進行酯化反應，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移劑調控DHEMA的可逆加成-斷裂鏈轉移(RAFT)自由基聚合，得到PDHEMA。在弱酸性(pH 5)條件下,對PDHEMA進行水解，用核磁共振氫譜(1H NMR)和紫外分光光度計研究PDHEMA隨時間變化的水解情況。

1 實 驗

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Waters公司；TU-1901 紫外分光光度計，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[4]合成，異亞丙基-2,2-二(甲氧基)丙酸按文獻[5]合成，DHEMA按文獻[6]合成，偶氮二異丁腈 (AIBN)，Aladdin公司，經甲醇重結晶兩次后冰箱冷藏備用。

1.2 PDHEMA的合成

在反應瓶中加入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)，抽真空充氮氣5 min后，氮氣保護下60 ℃攪拌反應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)溶液調節pH為5[7]。在一定的時間間隔內，分別吸取2 mL溶液，用氫氧化鈉/甲醇溶液(v/v=1:10)調節溶液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，得白色固體產物。

1.4 部分水解的PDHEMA透過率的測定

將不同水解時間的聚合物配制成質量濃度為1 mg/mL的溶液，在波長為500 nm處測水解產物的透過率。

2 結果與討論

2.1 PDHEMA的表征

以十二烷基三硫代碳酸酯為鏈轉移劑調控DHEMA的RAFT聚合，得到PDHEMA。在產物的1H NMR譜中，在δ 5.5-5.6和δ 6.1沒有出現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-質子信號，由GPC測得產物的數均分子量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，縮酮轉變為親水性的二醇，-OCH2-的信號由δ 3.58-3.71移至δ 3.40-3.57，-CH2OCO-的信號由δ 4.05-4.40移至δ 3.94-4.30，且在δ 4.60-4.67處出現了縮酮水解為-OH后與水形成的氫鍵特征吸收峰，證明PDHEMA在弱酸性(pH 5)條件下發生水解。

將水解8 h(圖2a)和水解24 h的PDHEMA的1H NMR譜(圖2b)進行對比，發現水解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了一個小的吸收峰。我們推測是由于在8 h時PDHEMA側鏈上的縮酮水解并不完全，導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不同，所以化學位移有所偏移而出現新的吸收峰。

PDHEMA不溶于水，但其側鏈上的縮酮水解為羥基后可在水中溶解，所以，可以通過紫外分光光度計測定聚合物在不同時間水解產物的透過率來觀測PDHEMA的水解過程。在37 ℃、pH 5條件下，測定聚合物在不同水解時間的透過率(圖3)，未開始水解(t=0 h)時，PDHEMA完全不溶于水，透過率為0。隨著時間的延長，PDHEMA側鏈上疏水的縮酮水解為親水的二醇，PDHEMA逐漸溶于水，溶液逐漸由渾濁變為澄清，透過率逐漸增大。在10 h內，PDHEMA側鏈上的縮酮水解掉大部分，透過率的增長速率較快；在10～24 h，透過率增長速率減緩，此時，PDHEMA側鏈上的絕大部分縮酮都水解成親水的二醇；水解至24 h，透過率接近100%。因此在24 h之前PDHEMA側鏈上的縮酮只是部分水解，而24 h之后其側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譜結果一致。

圖3 PDHEMA水解的透過率隨時間變化曲線Fig.3 The curve of PDHEMA hydrolysis transmittance with time

3 結 論

采用RAFT聚合縮酮保護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1H NMR譜的對比以及紫外分光光度計測定聚合物不同水解時間的透過率，證明PDHEMA側鏈上的縮酮水解成二醇，且水解程度隨時間的延長而增大，24 h后水解基本完成。