专利名称：一种嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶及其制备方法。
背景技术：
水凝胶是指一种主链或支链含有大量亲水性基团并吸附有大量水分的具有三维网状结构的交联聚合物。水凝胶在水中溶胀但不溶解，在保持一定形状的同时含有大量水分。根据对环境刺激应答不同可分为对刺激不敏感的传统水凝胶和对刺激产生响应的环境敏感水凝胶，后者又称智能水凝胶。所谓智能性水凝胶，是指在外界物理和化学因素，如温度、pH、光、电、磁、声、力和化学物质等的刺激下自身体积和形状可以发生可逆变化的水凝胶。由于智能型水凝胶的独特响应性，在化学转换器、记忆元件开关、传感器、人造肌肉、化学存储器、分子分离体系、活性酶的固定、组织工程、药物载体等方面具有很好的应用前景。
在生物相关过程中，往往伴随着环境或自身pH的变化，这一点使得pH响应型水凝胶成为了智能水凝胶研究领域的重点之一。该类水凝胶的研究开展也相对较早。最早报道的pH敏感水凝胶是聚丙烯酰胺，它是在1978年Tanaka测定其凝胶溶胀比时发现的。随后人们又相继发现和制备了多种PH敏感的水凝胶。总的来说，这些水凝胶溶胀或去溶胀的响应特性是随PH值的变化而发生变化的，可通过在弱聚电解质中引入少量疏水性结构单元而实现，其中疏水微区相当于物理交联，能干扰聚电解质解离所引起的溶胀。具有PH响应性的水凝胶一般都是通过交联而形成大分子网络，网络中含有大量易水解或质子化的酸、碱基团，如羧基和氨基。这些基团的解离受外界PH的影响当外界pH变化时，这些基团的解离程度相应改变，造成内外离子浓度改变；并引起网络内氢键的生成或断裂，导致凝胶的不连续体积相变。由于大多数合成高分子的生物相容性和生物降解性较差，限制了其在生物医药方面的应用。于是具有良好生物相容性、无毒、环境友好，并具有较多活性基团的天然高分子近年来逐渐成为制备水凝胶的理想材料。与此相对应，与合成高分子相比，天然高分子水凝胶具有低毒性、良好的生物相容性、对环境敏感以及低廉的价格等优点，然而机械强度差，性能不稳定，易降解等不足还有待于改善。由此看见，将低毒性、良好的生物相容性和生物降解性、优良的机械性能和环境敏感性这几点完美结合起来，制备出新型、绿色的智能水凝胶是今后努力的研究方向。糖类化合物作为一种天然可再生生物质资源，具有石油化工原料所不具备的良好的生物相容性、生物降解性、无毒、无刺激等优势，因此，引入糖基的PH敏感智能水凝胶具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了获得一种生物相容性良好的pH响应型智能水凝胶，通过引入糖类小分子，制备了一种结构可控的嵌段结构PH响应型智能水凝胶
本发明的技术解决方案是
一种嵌段结构PH响应型糖基智能水凝胶，在整体分子结构上为嵌段结构；制备中以小分子糖类为原料，经过与含有双键的卤代烃或不饱和酰卤进行醚化或酯化反应，制备糖基单体；采用的聚合方法为可逆加成断裂链转移自由基聚合。小分子糖类为己糖和戊糖，主要是葡萄糖、果糖、半乳糖。引入可聚合双键的醚化和酯化试剂为不饱和卤代烃和不饱和酰卤，主要为3-氯丙烯、3-溴丙烯、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯之一。
pH敏感单体主要有含弱酸性和弱碱性基团两类，其中含弱酸性基团单体为丙烯酸或甲基丙烯酸，含弱碱性基团单体为4-乙烯基吡啶或N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯。可逆加成断裂链转移自由基聚合中的链转移剂为双硫酯型，主要为双硫代苯甲酸苄酯、双硫代苯甲酸甲基苄酯、双硫代苯甲酸二甲基苄酯之一。一种嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶的制备方法，制备步骤如下
A :将小分子糖类单体经过OH保护，与含有双键的卤代烃或者不饱和酰卤，制备含有双键的可聚合糖基单体；
B :通过格氏试剂法制备双硫代苯甲酸酯链转移剂，将双硫代苯甲酸酯链转移剂与上一步所制得的可聚合糖基单体加入到一定量四氢呋喃中，在惰性气体保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈，在70°C下，进行糖基单体的聚合，当糖基单体聚合完成后，加入pH敏感单体共聚，得到嵌段结构糖基聚合物；
C :将制备的嵌段结构糖基聚合物，在稀酸中水解游离0H，得到目标嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶。本发明与现有技术相比具有以下优点1.制备了凝胶分子骨架为嵌段结构，并且其结构可以调控；2.本发明所使用的原料为糖类化合物，提高了生物相容性。
图I糖基嵌段结构智能水凝胶示意图。
具体实施例方式 为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，下列实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。如图I所示，一种嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶，在整体分子结构上为嵌段结构；制备中以小分子糖类为原料，经过与含有双键的卤代烃或不饱和酰卤进行醚化或酯化反应，制备糖基单体；采用的聚合方法为可逆加成断裂链转移自由基聚合；小分子糖类为己糖和戊糖，主要是葡萄糖、果糖、半乳糖；引入可聚合双键的醚化和酯化试剂为不饱和卤代烃和不饱和酰卤，主要为3-氯丙烯、3-溴丙烯、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯之一 ；pH敏感单体主要有含弱酸性和弱碱性基团两类，其中含弱酸性基团单体为丙烯酸或甲基丙烯酸，含弱碱性基团单体为4-乙烯基吡啶或N，N- 二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯；可逆加成断裂链转移自由基聚合中的链转移剂为双硫酯型，主要为双硫代苯甲酸苄酯、双硫代苯甲酸甲基苄酯、双硫代苯甲酸二甲基苄酯之一。一种嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶的制备方法，制备步骤如下
A :将小分子糖类单体经过OH保护，与含有双键的卤代烃或者不饱和酰卤，制备含有双键的可聚合糖基单体:通过格氏试剂法制备双硫代苯甲酸酯链转移剂，将双硫代苯甲酸酯链转移剂与上一步所制得的可聚合糖基单体加入到一定量四氢呋喃中，在惰性气体保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈，在70°C下，进行糖基单体的聚合，当糖基单体聚合完成后，力口入pH敏感单体共聚，得到嵌段结构糖基聚合物；C :将制备的嵌段结构糖基聚合物，在稀酸中水解游离0H，得到目标嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶。实施例I :
烯丙基双丙酮葡萄糖的合成在装有温度计回流冷凝管的250mL的四口烧瓶中，力口入干燥的无水丙酮150 mL和粉碎并干燥的葡萄糖9. O g(0. 05 mol),加入催化剂无水FeCl3(1.7g，O. Olmol)。在超声条件下回流反应2h。然后加稀Na2CO3溶液300 ml, CHCl3萃取三次(50 ml X 3)，合并有机相并用饱和食盐水洗涤(50 ml X 3)，用无水Na2SO4干燥，过滤减压蒸馏，得粗产物，收率为75.8%，用环己烷重结晶得白色结晶双丙酮葡萄糖DAG。在250mL干燥洁净的三口烧瓶中，加入DAG (10 g,0. 04mol)和80mL干燥四氢呋喃搅拌溶解，在氮气保护下，将60%氢化钠(2. 4g,0. 052 mol)，然后在40°C条件下，搅拌反应lh，缓慢滴加烯丙基溴(5.458，0.04511101)，滴加结束后，继续反应311。过滤除去不溶物，减压除去溶齐U，得到3-烯丙基双丙酮葡萄糖，收率为89. 1%。
双硫代苯甲酸二甲基苄酯的合成在恒压滴液漏斗中加入50 mL干燥的四氢呋喃和10. 5 mL(0. 10 mol)溴苯。在装有温度计的250mL的四口烧瓶中，加入称取表面已除去氧化层的镁条2. 50 g(0. 105 mol，稍过量)，加入一粒碘，在氮气保护下，先滴加10 mL混合液，微热引发反应后，逐滴加入溴苯的四氢呋喃溶液，加毕反应2 h。将反应体系用冰水浴冷却，恒压滴液漏斗中加入9 mL 二硫化碳和50 mL四氢呋喃，滴加结束后，升温至50°C反应I h。倾倒反应液至250 mL圆底烧瓶，同时除去未反应的镁条，抽真空除去THF。先加入50 mL乙醚，然后加入80 mL冰冻的7-8%的氯化铵，分出上层紫红色有机层，无水硫酸钠干燥，过滤后室温下真空除去溶剂，得到红紫色双硫代梭酸。加入50 mL四氯化碳和11.7g(0. 10 mol)的a-甲基苯乙烯，70°C反应5h，所得产物抽真空除去溶剂，用硅胶为固定相，石油醚为流动相，进行柱分离，浓缩后得到紫红色油状液体。产物用正己烷重结晶，最终得到紫色晶体13. 8 g，收率53. 4%。在装有温度计的250 mL的四口烧瓶中，加入四氢呋喃100 ml，然后加入烯丙基双丙酮葡萄糖10. O g和双硫代苯甲酸二甲基苄酯0.2 g，在氮气保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈AIBN 0. 05 g，在70°C水浴中，反应2h，采用TLC检测烯丙基糖基单体聚合完全；随后加入共聚单体丙烯酸10. O g，在70°C下继续聚合反应5h。加入2 mol/L的盐酸进行水解脱保护的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-丙烯酸”嵌段结构糖基水凝胶13. 7 g。实施例2:
与实施例I的区别在于在装有温度计的250 mL的四口烧瓶中，加入四氢呋喃100 ml,然后加入烯丙基双丙酮葡萄糖10. O g和双硫代苯甲酸二甲基苄酯0.2 g，在氮气保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈AIBN 0. 05 g，在70°C水浴中，反应2h，采用TLC检测烯丙基糖基单体聚合完全；随后加入共聚单体甲基丙烯酸10. O g，在70°C下继续聚合反应5h。加入2mol/L的盐酸进行水解脱保护的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-甲基丙烯酸”嵌段结构糖基水凝胶14. 2 g。实施例3
与实施例I的区别在于在装有温度计的250 mL的四口烧瓶中，加入四氢呋喃100 ml,然后加入烯丙基双丙酮葡萄糖10. O g和双硫代苯甲酸二甲基苄酯0.2 g，在氮气保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈AIBN 0. 05 g，在70°C水浴中，反应2h，采用TLC检测烯丙基糖基单体聚合完全；随后加入共聚单体N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯10. O g，在70°C下继续聚合反应5h。加入2 mol/L的盐酸进行水解脱保护的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯”嵌段结构糖基水凝胶12.9 g。实施例4:
与实施例I的区别在于在装有温度计的250 mL的四口烧瓶中，加入四氢呋喃100 ml,然后加入烯丙基双丙酮葡萄糖10. O g和双硫代苯甲酸二甲基苄酯O. 2 g，在氮气保护下，力口入引发剂偶氮二异丁腈AIBN O. 05 g，在70°C水浴中，反应2h，采用TLC检测烯丙基糖基单体聚合完全；随后加入共聚单体4-乙烯基吡啶10.0 g，在70°C下继续聚合反应5h。加入
2mol/L的盐酸进行水解脱保护的丙酮，水解2h，甲醇沉淀，干燥，得到“糖基-4-乙烯基吡啶”嵌段结构糖基水凝胶15. 8 g。
本发明制备了凝胶分子骨架为嵌段结构，并且其结构可以调控；本发明所使用的原料为糖类化合物，提高了生物相容性。
权利要求
1.一种嵌段结构PH响应型糖基智能水凝胶，其特征在于在整体分子结构上为嵌段结构；制备中以小分子糖类为原料，经过与含有双键的卤代烃或不饱和酰卤进行醚化或酯化反应，制备糖基单体；将糖基单体和PH敏感单体通过可逆加成断裂链转移剂，经可逆加成断裂链转移自由基聚合制备嵌段结构PH响应型糖基智能水凝胶。
2.根据权利要求I所述的一种嵌段结构PH响应型糖基智能水凝胶，其特征在于所述的小分子糖类为己糖和戊糖。
3.根据权利要求2所述的一种嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶，其特征在于所述小分子糖类选自葡萄糖、果糖、半乳糖。
4.根据权利要求I所述的一种嵌段结构PH响应型糖基智能水凝胶，其特征在于所述的含有双键的卤代烃或不饱和酰卤为3-氯丙烯、3-溴丙烯、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯之一。
5.根据权利要求I所述的一种嵌段结构PH响应型糖基智能水凝胶，其特征在于所述的PH敏感单体主要有含弱酸性和含弱碱性基团两类，其中含弱酸性基团单体为丙烯酸或甲基丙烯酸，含弱碱性基团单体为4-乙烯基吡啶或N，N-二甲基氨基甲基丙烯酸乙酯。
6.根据权利要求I所述的一种嵌段结构PH响应型糖基智能水凝胶，其特征在于所述的可逆加成断裂链转移自由基聚合中的链转移剂为双硫酯型。
7.根据权利要求6所述的一种嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶，其特征在于所述的可逆加成断裂链转移自由基聚合中的链转移剂为双硫代苯甲酸苄酯、双硫代苯甲酸甲基苄酯、双硫代苯甲酸二甲基苄酯之一。
8.根据权利要求I所述的一种嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶的制备方法，其特征在于制备步骤如下 A :将小分子糖类单体经过OH保护，与含有双键的卤代烃或者不饱和酰卤，制备含有双键的可聚合糖基单体； B :通过格氏试剂法制备双硫代苯甲酸酯链转移剂，将双硫代苯甲酸酯链转移剂与上一步所制得的可聚合糖基单体加入到一定量四氢呋喃中，在惰性气体保护下，加入引发剂偶氮二异丁腈，在70°C下，进行糖基单体的聚合，当糖基单体聚合完成后，加入pH敏感单体共聚，得到嵌段结构糖基聚合物； C :将制备的嵌段结构糖基聚合物，在稀酸中水解游离0H，得到目标嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶。
全文摘要
本发明涉及了一种嵌段结构pH响应型糖基智能水凝胶及其制备方法，其整体结构为嵌段型；制备中以小分子糖类分子为原料，经过酯化和醚化反应，首先合成含有可聚合双键的糖基单体，然后以双硫酯为链转移剂，通过可逆加成断裂链转移剂自由基聚合方法与pH敏感单体聚合制备了嵌段结构的糖基智能水凝胶。本发明制备了凝胶分子骨架为嵌段结构，并且其结构可以调控，而且，本发明所使用的原料为糖类化合物，提高了生物相容性。
文档编号C08F293/00GK102964547SQ20121051436
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者孙同明, 朱金丽, 汤艳峰, 姜国民, 丁津津, 张素梅, 高鹏飞, 项蕊 申请人:南通大学