专利名称：一种制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，特别是采用酶催化直接缩合聚合反应制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，属于功能材料技术领域。
背景技术：
脂肪族聚酯是一种重要的生物可降解材料，由于其具有良好的生物降解性、成型加工性以及力学性能而倍受青睐。但是由于传统的脂肪族聚酯缺少与细胞相互作用的亲水极性基团，因此其使用范围到限制，在脂肪族聚酯链上引入亲水的羟基、羧基或氨基等一方面可以促进细胞在其上的粘附和铺展，提高生物相容性；另 一方面面可通过改变主链结构和官能团的含量调节降解速率。需要特别指出的是可以通过这些活性基团将药物、蛋白质、多肽等具有生物特异活性的分子利用化学链接的方法固定到材料上，从而引发特异性的细胞反应，有望作为靶向控释药物载体和智能化的组织工程支架材料。一般用有机金属化合物为催化剂制备功能聚酯时，在脂肪族聚酯中引入羟基、羧基或氨基等极性基团时一般需用到多官能度单体，需要对其羟基、羧基或氨基基团进行化学保护，然后进行催化聚合，最后脱去保护基团，得到目标聚合物。反应步骤较多，收率较低，反应需要苛刻的高温、高真空条件，成本也就比较高。另一方面，由于反应过程中不得不使用大量有机溶剂和有毒的有机金属催化剂，故会带来较严重的环境污染问题。在利用3_羟基戊二酸单体与普通二元醇、或其它二元酸和二元醇共聚制备脂肪族聚酯时也会面临这样的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种酶催化制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，避免反应步骤繁琐、反应条件苛刻的缺点。为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是一种制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，将单体3-羟基戊二酸与其它聚合单体在脂肪酶的催化作用下，于40 120°C反应制得含3-羟基戊二酸单元的功能聚酯；所述其它聚合单体为二元脂肪醇、或二元脂肪醇和二元脂肪酸。所述二元脂肪醇的碳链长度为C2 C16。所述二元脂肪酸的碳链长度为C4 C12。反应采用溶剂为辛烷、正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯、叔丁醇、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或氯仿；所述溶剂与单体总量的重量比为I : 10 3 : I。具体的制备方法为将二元脂肪醇和3-羟基戊二酸按照I : 2 2 : I的摩尔比例加入反应器中混合，加热至40 120°C，按照所加二元脂肪醇和3-羟基戊二酸总重量100 4000U/g加入脂肪酶，加入分子筛，搅拌反应12 96小时后，分离得到含3-羟基戊二酸单元的功能性聚酯。或者具体的制备方法为将二元脂肪醇和3-羟基戊二酸按照I : 2 20 : I的摩尔比例加入反应器中，同时加入二元脂肪酸以调整反应体系中羧基和羟基的摩尔比为3 : 2 I : 1，混合并加热至40 120°C，按照所加二元脂肪醇、3-羟基戊二酸和二元脂肪酸总重量100 4000U/g加入脂肪酶，加入分子筛，搅拌反应12 96小时后，分离得到含3-羟基戊二酸单元的功能性聚酯。具体制备方法中，搅拌反应采用速度为20 400rpm的磁力搅拌。分离采用反应后加入氯仿、四氢呋喃或丙酮溶解产物，过滤除去脂肪酶，滤液真空旋转干燥。所述脂肪酶来源于 Candida antarctica>Thermomyces Ianuginosus>Rhizomucor miehei、Mucor miehei或猪胰腺的脂肪酶。其中加入分子筛的目的是吸附除去反应过程中产生的水，使反应平衡向产物方向移动。本发明采用含羟基三官能度的3-羟基戊二酸作为缩合聚合反应的单体之一，采用高效的脂肪酶作为催化剂使单体直接缩合聚合，制备含有3-羟基戊二酸单元的聚酯，缩合聚合反应一步完成，反应条件温和，副产物较少；避免使用有毒的有机金属催化剂。本发明的制备方法是一种反应毒性低、环境友好的聚酯合成方法。本发明的聚酯将3-羟基戊二酸引入聚酯长链上，因此可在聚酯的主链上引入了 功能基团，从而得到含3-羟基戊二酸单元的功能性聚酯。本发明还可在单体体系中引入二元脂肪酸，二元脂肪酸可调整聚合物链的组成和结构，在较大范围内改变含3-羟基戊二酸单元的功能性聚酯的各种性能，更好地满足不同使用情况下的性能要求。
图I为对比例的红外光谱图；图2为实施例I的红外光谱图。
具体实施例方式以下结合具体实施例对本发明作具体的说明，但并不限定本发明的技术方案，其中涉及的3-羟基戊二酸、二元脂肪酸、二元脂肪醇、脂肪酶、溶剂、分子筛均为市售产品。实施例I将单体丁二醇、己二酸、3-羟基戊二酸按照摩尔比15 13 2比例，加入IOOmL的圆底烧瓶中(羧基和羟基的比例为16 15)，辛烷和单体总量以3 I的质量比例加入，按1000U/每克单体总量加入来源于Candida antarctica的脂肪酶,置于70°C油浴下,磁力搅拌速度为200rpm，加入分子筛，反应48小时后，加入氯仿溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为17000的聚酯聚合物。实施例2将单体丁二醇、己二酸、3-羟基戊二酸按照摩尔比15 7. 5 7. 5比例加入IOOmL的圆底烧瓶中(羧基和羟基的比例为5 4)，正己烷和单体总量以3 I的质量比例加入，按1500U/每克单体总量加入来源于Candida antarctica的脂肪酶,置于80°C油浴下,磁力搅拌速度为200rpm，加入分子筛，反应96小时后，加入氯仿溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为5900的聚酯聚合物。实施例3将单体乙二醇、己二酸、3-羟基戊二酸按照摩尔比15 13 2比例加入IOOmL的圆底烧瓶中(羧基和羟基的比例为16 15)，环己烷和单体总量以3 I的质量比例加入，按4000U/每克单体总量加入来源于Candida antarctica的脂肪酶,置于40°C油浴下,磁力搅拌速度为200rpm，加入分子筛，反应48小时后，加入氯仿溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为6700的聚酯聚合物。实施例4将单体己二醇、己二酸、3-羟基戊二酸按照摩尔比15 13 4比例加入IOOmL的圆底烧瓶中(羧基和羟基的比例为I : 1)，甲苯和单体总量以3 I的质量比例加入，按1500U/每克单体总量加入来源于Candida antarctica的脂肪酶,置于70°C油浴下,磁力搅拌速度为200rpm，加入分子筛，反应48小时后，加入氯仿溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为17000的聚酯聚合物。实施例5将单体辛二醇、己二酸、3-羟基戊二酸按照摩尔比15 13 2比例加入IOOmL的 圆底烧瓶中(羧基和羟基的比例为16 15)，二甲苯和单体总量以3 I的质量比例加入，按100U/每克单体总量加入来源于Candida antarctica的脂肪酶,置于80°C油浴下,磁力搅拌速度为400rpm，加入分子筛，反应48小时后，加入氯仿溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为7900的聚酯聚合物。实施例6将单体辛二醇、己二酸、3-羟基戊二酸按照摩尔比15 2 12比例加入IOOmL的圆底烧瓶中(羧基和羟基的比例为3 2)，按1500U/每克单体总量加入来源于Candidaantarctica的脂肪酶,置于50°C油浴下,磁力搅拌速度为200rpm,加入分子筛,反应48小时后，加入氯仿溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为8700的聚酯聚合物。实施例7将单体辛二醇、3-羟基戊二酸按照摩尔比I : I比例加入IOOmL的圆底烧瓶中，吡啶和单体总量以I : I的质量比例加入，按2500U/每克单体总量加入来源于Candidaantarctica的脂肪酶,置于60°C油浴下,磁力搅拌速度为20rpm,加入分子筛,反应48小时后，加入四氢呋喃溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为2100的聚酯聚合物。实施例8将单体乙二醇、己二酸、3-羟基戊二酸按照摩尔比2 I I比例加入IOOmL的圆底烧瓶中(羧基和羟基的比例为5 4)，叔丁醇和单体总量以I : 10的质量比例加入，按2000U/每克单体总量加入来源于Candida antarctica的脂肪酶,置于60°C油浴下,磁力搅拌速度为200rpm，加入分子筛，反应12小时后，加入丙酮溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为1700的聚酯聚合物。实施例9将单体辛二醇、己二酸、3-羟基戊二酸按照摩尔比15 13 2比例加入IOOmL的圆底烧瓶中(羧基和羟基的比例为16 15)，四氢呋喃和单体总量以I : I的质量比例加入,按1500U/每克单体总量加入来源于Mucor miehei的脂肪酶,置于60°C油浴下,磁力搅拌速度为200rpm，加入分子筛，反应48小时后，加入氯仿溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为2900的聚酯聚合物。
实施例10将单体辛二醇、己二酸、3-羟基戊二酸按照摩尔比15 13 2比例加入IOOmL的圆底烧瓶中(羧基与羟基的比例为16 15)，N，N-二甲基甲酰胺和单体总量以I : I的质量比例加入，按1500U/每克单体总量加入来源于PPL的脂肪酶，置于110°C油浴下，磁力搅拌速度为200rpm，加入分子筛，反应48小时后，加入氯仿溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为5100的聚酯聚合物。实施例11将单体乙二醇、十二烷二酸、3-羟基戊二酸按照摩尔比15 10 5比例加入IOOmL的圆底烧瓶中(羧基与羟基的比例为7 6)，氯仿和单体总量以I : 2的质量比例加入，按1500U/每克单体总量加入来源于PPL的脂肪酶，置于40°C油浴下，磁力搅拌速度为200rpm，加入分子筛，反应48小时后，加入氯仿溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为3000的聚酯聚合物。 实施例12将单体十六烷二醇、丁二酸、3-羟基戊二酸按照摩尔比15 9 6比例加入IOOmL的圆底烧瓶中(羧基与羟基的比例为6 5)，N，N-二甲基甲酰胺和单体总量以I : I的质量比例加入，按1500U/每克单体总量加入来源于PPL的脂肪酶，置于120°C油浴下，磁力搅拌速度为200rpm，加入分子筛，反应48小时后，加入氯仿溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为3400的聚酯聚合物。对比例将丁二醇、己二酸按照摩尔比I : I比例加入IOOmL的圆底烧瓶中，甲苯和单体总量以2 : I的质量比例加入,按1000U/每克单体总量加入来源于Candida antarctica的脂肪酶，置于70°C油浴下，磁力搅拌速度为200rpm，加入分子筛，反应48小时后，加入氯仿溶解产物，过滤除去脂肪酶，产物溶液真空旋转干燥，得分子量为24600的聚酯聚合物。产物分析以实施例I所制得的产物进行产物红外光谱分析，测试方法将被测样品在真空干燥箱50°C下干燥24小时，用溴化钾压片法制样，用德国Bruker公司VECT0R33型红外光谱仪进行测定。图I是对比例所制得产物的红外谱图；图2是实施例I所制得产物的红外谱图。对比图I和图2所示的红外谱图，发现在丁二醇、己二酸和3-羟基戊二酸的三元共聚物的红外谱图上，在3500CHT1附近出现了明显的羟基吸收峰。这说明在共聚单体中引入3-羟基戊二酸后，相应地在聚合物分子链上引入了羟基，得到了带有羟基的功能性聚酯。由此证明得到了所需的产物。
权利要求
1.一种制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，其特征在于将单体3-羟基戊二酸与其它聚合单体在脂肪酶的催化作用下，于40 120°C反应制得含3-羟基戊二酸单元的功能聚酯；所述其它聚合单体为二元脂肪醇、或二元脂肪醇和二元脂肪酸。
2.根据权利要求I所述的制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，其特征在于所述二元脂肪醇的碳链长度为C2 C16。
3.根据权利要求I所述的制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，其特征在于所述二元脂肪酸的碳链长度为C4 c12。
4.根据权利要求I所述的制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，其特征在于反应采用溶剂为辛烷、正己烷、环己烷、甲苯、二甲苯、叔丁醇、四氢呋喃、N, N-二甲基甲酰胺或氯仿；所述溶剂与单体总量的重量比为I : 10 3 : I。
5.根据权利要求I所述的制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，其特征在于具体的制备方法为将二元脂肪醇和3-羟基戊二酸按照I : 2 2 : I的摩尔比例加入反应器中混合，加热至40 120°C，按照所加二元脂肪醇和3-羟基戊二酸总重量100 4000U/g加入脂肪酶，加入分子筛，搅拌反应12 96小时后，分离得到含3-羟基戊二酸单元的功能性聚酷。
6.根据权利要求I所述的制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，其特征在于具体的制备方法为将二元脂肪醇和3-羟基戊二酸按照I : 2 20 I的摩尔比例加入反应器中，同时加入二元脂肪酸以调整反应体系中羧基和羟基的摩尔比为3 : 2 I : 1，混合并加热至40 120°C，按照所加二元脂肪醇、3-羟基戊二酸和二元脂肪酸总重量100 4000U/g加入脂肪酶，加入分子筛，搅拌反应12 96小时后，分离得到含3-羟基戊二酸单元的功能性聚酯。
7.根据权利要求6或7所述的制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，其特征在于搅拌反应采用速度为20 400rpm的磁力搅拌。
8.根据权利要求6或7所述的制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，其特征在于所述分离为反应后加入氯仿、四氢呋喃或丙酮溶解产物，过滤除去脂肪酶，滤液真空旋转干燥。
9.根据权利要求I 6任一项所述的制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，其特征在于所述月旨肪酶来源于 Candida antarctica、Thermomyces lanuginosus、Rhizomucormiehei>Mucor miehei或猪胰腺的脂肪酶。
全文摘要
本发明公开了一种制备含3-羟基戊二酸单元聚酯的方法，将单体3-羟基戊二酸与其它聚合单体在脂肪酶的催化作用下，于40～120℃反应制得含3-羟基戊二酸单元的功能聚酯；所述其它聚合单体为二元脂肪醇、或二元脂肪醇和二元脂肪酸。本发明采用含羟基三官能度的3-羟基戊二酸作为缩合聚合反应的单体之一，采用高效的脂肪酶作为催化剂使单体直接缩合聚合，制备含有3-羟基戊二酸单元的聚酯，缩合聚合反应一步完成，反应条件温和，副产物较少；避免使用有毒的有机金属催化剂。本发明的制备方法是一种反应毒性低、环境友好的聚酯合成方法。
文档编号C12P7/62GK102676591SQ20121000890
公开日2012年9月19日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者姚大虎, 张玉清, 徐锐, 陈权, 韩冬 申请人:河南科技大学