专利名称：聚乙二醇接枝修饰的聚氰基丙烯酸酯共聚物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及聚乙二醇(PEG)接枝修饰的聚氰基丙烯酸酯(PACA)共聚物(PEG-g-PACA)及其制备方法。属于两亲性接枝共聚物及其制备技术。
背景技术：
聚乙二醇接枝修饰的聚氰基丙烯酸酯共聚物(PEG-g-PACA)可生物降解，而且是一种两亲性的聚合物。PEG-g-PACA在水中能够自组装成纳米粒子或胶束，其中疏水性的聚氰基丙烯酸酯主链聚集成核，PEG支链形成亲水性的壳，使纳米粒子稳定存在并对疏水性药物具有较好的包裹能力，是一种优良的药物控制释放载体材料。
文献和专利报道的PEG-g-PACA两亲性接枝共聚物的制备方法是在加有甲醛溶液和二甲胺溶液的条件下，通过氰基乙酸聚乙二醇酯和氰基乙酸酯在乙醇中进行缩聚反应制备。这种PEG-g-PACA的制备方法的工艺过程主要包括酯化、缩聚、提纯等过程。详细过程是首先通过酯化反应合成氰基乙酸聚乙二醇单甲醚酯和氰基乙酸酯。酯化反应是一个非常复杂的过程，即将氰化钾水溶液和氯代乙酸钠水溶液按一定比例加入反应器中，加热到90℃恒温1小时，0℃下调节pH值至2，用乙酸乙酯萃取反应液，萃取物用硫酸镁干燥，得到氰基乙酸。把氰基乙酸溶于乙酸乙酯，加入一定量的脂肪醇和4-二甲氨基吡啶的二氯甲烷溶液，然后加入n，n-二环碳二亚胺，在20℃下搅拌12小时后，然后用烧结玻璃漏斗过滤粗产物，减压抽滤浓缩滤液，最后用硅胶色谱柱分离提纯出氰基乙酸酯；以同样的方法制备氰基乙酸聚乙二醇单甲醚酯。第二步是制备PEG-g-PACA，把氰基乙酸聚乙二醇单甲醚酯和氰基乙酸酯按一定比例加入反应器中，加入适量的体积比1∶1的乙醇/二氯甲烷混合溶液，加入一定量的37％的甲醛溶液和40％二甲氨水溶液，在20℃下搅拌20小时，减压浓缩，把浓缩物溶于二氯甲烷，用蒸馏水洗涤三次以除去未反应的氰基乙酸聚乙二醇单甲醚酯，再用硫酸镁干燥除水，减压干燥得PEG-g-PACA。
上述制备方法制备的PEG-g-PACA的结构如下
式中R为低碳烷基，x，y为整数。
上述工艺过程相当复杂，控制困难，很难实现工业化生产，而且在单体的制备过程中，使用了剧毒化合物—氰化钾，具有一定的危害性。
发明内容
本发明的目的在于提供聚乙二醇接枝修饰的聚氰基丙烯酸酯接枝共聚物(PEG-g-PACA)及一种较简单的制备方法，这类PEG-g-PACA接枝共聚物是由氰基丙烯酸酯和带有双键的聚乙二醇大分子单体共聚形成的带有聚乙二醇支链的两亲性接枝共聚物，这类接枝共聚物在水中能够自组装成稳定的纳米粒或胶束，对疏水性药物具有良好的包裹性能。
本发明中的PEG-g-PACA接枝共聚物的分子结构为式I 式中R1、R2为烷基；A＝ 或 其中R′为芳香族或脂肪族烷烃，R″为H或含有1～5个碳的烷基，R3是具有1～5个碳的烷基，以甲基较好，R4为1-8个碳的亚烷基，以-CH2CH2-、-CH2CH2CH2-、CH2(CH3)CH2-较好，n、m、o、p、p′、q均为整数。式II和式III分别是两种聚乙二醇大分子单体的结构单元，这两种聚乙二醇大分子单体分别为(1)马来酸酐与PEG反应合成的聚乙二醇大分子单体(PEGA)，结构为式IV 式中o和R3同上；(2)以二异氰酸酯偶联聚乙二醇与丙烯酸-β-羟乙酯或丙烯酸-β-羟丙酯形成的大分子单体(PEGH)，结构为式V 式中R′、R″、R3、R4和p同上。
本发明的PEG-g-PACA接枝共聚物，是通过下述技术方案加以实现的聚乙二醇大分子单体(PEGA)的制备方法是把一定量的单封端的聚乙二醇加入反应器，在100～160℃下熔融减压除水2～4小时，在低于65℃、常压下，按马来酸酐/聚乙二醇为1～1.1的投料比(摩尔比)加入马来酸酐，然后在低于30mmHg，65～120℃下反应2～8小时制得粗产物，用氯仿、二氯甲烷等有机溶剂溶解，然后加入到10～30份的4～10℃的乙醚中沉析，离心分离或减压抽滤，沉淀物真空干燥得到PEGA。
聚乙二醇大分子单体(PEGH)的制备方法是将一定量的单封端的聚乙二醇加入反应器，在100～160℃下熔融减压除水2～4小时，在45～60℃，加入3～5份的甲苯溶解聚乙二醇，然后按二异氰酸酯/聚乙二醇为1～1.1的投料比(摩尔比)加入二异氰酸酯，缓慢升温至70～90℃反应2～5小时，在30℃，加入1～1.1倍单封端的聚乙二醇摩尔数的甲基丙烯酸-β-羟烷基酯，反应3～8小时，然后减压浓缩反应液，浓缩液用氯仿等有机溶剂溶解，然后加入到10～30份的4～10℃乙醚中沉析，离心分离或减压抽滤，将沉淀物真空干燥得到PEGH。
两亲性接枝共聚物的制备方法采用相对分子质量为500-20000的PEGA或PEGH和氰基丙烯酸酯为原料，将PEGA或PEGH的甲苯溶液加入聚合釜中，在50～70℃下，加入质量为聚乙二醇大分子单体0.25～5倍的氰基丙烯酸烷基酯，然后滴加浓度为1-3％的偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈引发剂的甲苯溶液，反应2～8小时，之后加入微量氯化亚铜或对苯二酚终止反应，将反应液加入到10～30份的0～10℃乙醚中沉析，过滤，沉淀物真空干燥得含有PEG-g-PACA的粗产物，将粗产物溶于与水互溶的溶剂中，然后分散在水中，PEG-g-PACA以纳米胶束形态分散于水中，氰基丙烯酸烷基酯的均聚物沉淀出来，分离出沉淀物，清液冷冻干燥后得到PEG-g-PACA两亲性接枝共聚物。
在两亲性接枝共聚物的制备中所用氰基丙烯酸酯为氰基丙烯酸乙酯、氰基丙烯酸丙酯、氰基丙烯酸异丙酯、氰基丙烯酸正丁酯、氰基丙烯酸异丁酯。
两亲性接枝共聚物中亲水性聚乙二醇支链的质量含量为30-80％时，聚合物能够在水中自组装成纳米胶束，粒径在20～1000nm，作为紫杉醇、阿霉素、替尼泊苷、依托泊苷、道诺霉素、甲氨喋呤、丝裂霉素C、茚甲新、布洛芬、环孢霉素、联苯二甲基二羧酸酯等低水溶性药物的载体，包裹药物可形成负载低水溶性药物的水分散性纳米胶束，载药量为聚合物质量的0.001～30％，药物包封率在70％以上，这种载药聚合物纳米胶束水分散液冻干后，形成粉状物，可自分散于水中形成浓度为0.0001～40％的药物纳米胶束水分散液，可用于对生物体的靶向给药和药物控制释放，这种药物胶束可以增加低水溶性药物的水溶性，有效躲避生物体内蛋白质的吸附及网状内皮细胞的吞噬，提高药物的生物利用度。
本发明制备的PEG-g-PACA能够在体内生物降解，降解产物无毒无害，是一种优良的药物载体，是开发低水溶性药物纳米制剂的优良辅料。本发明的制备方法工艺简单、制备过程稳定可靠，并且能够按照使用要求调节PEG-g-PACA的主、侧链的比例和分子量，控制PEG-g-PACA纳米粒的粒径，采用的原料丰富、易得。
具体实施例方式
下面再以实施例对本发明进一步加以说明。
实施例1在一圆底烧瓶中加入相对分子质量2000的聚乙二醇单甲醚20g，密封后在120℃，通氮气除水2小时。在65℃，常压下，加入马来酸酐1.1g，在80℃，低于30mmHg，通氮气的条件下反应6小时，粗产物在20～30℃下用氯仿溶解，加入到10～30份的冷乙醚中沉析，离心分离或减压抽滤，30℃真空干燥沉淀物后得到PEGA。
实施例2装置与操作同实施例1，在圆底烧瓶中加入相对分子质量5000的聚乙二醇单甲醚20g，密封后在120℃，通氮气除水2小时。在65℃，常压下，加入马来酸酐0.41g，在80℃，低于30mmHg，通氮气的条件下反应6小时，粗产物在20～30℃下用氯仿溶解，加入到10～30份的冷乙醚中沉析，离心分离或减压抽滤，在30℃下真空干燥沉淀物后得到PEGA。
实施例3在一圆底烧瓶中加入相对分子质量2000的聚乙二醇单甲醚20g，在120℃下熔融减压除水2小时，在5℃，加入40mL的甲苯溶解聚乙二醇，加入甲苯二异氰酸酯1.8g，缓慢升温至80℃反应3小时，然后降温至30℃，加入甲基丙烯酸-β-羟乙酯1.4g，反应8小时，反应液加入到10～30份的冷乙醚中沉析，离心分离或减压抽滤，将沉淀物真空干燥后得到PEGH。
实施例4
装置与操作同实施例3，在一圆底烧瓶中加入相对分子质量5000的聚乙二醇单甲醚20g，在120℃下熔融减压除水2小时，在50℃，加入40mL的甲苯溶解聚乙二醇单甲醚，加入甲苯二异氰酸酯0.72g，缓慢升温至80℃反应3小时后降温到30℃，加入甲基丙烯酸-β-羟乙酯0.54g，反应8小时，反应液加入到10～30份的冷乙醚中沉析，离心分离或减压抽滤，沉淀物真空干燥后得到PEGH。
实施例5装置与操作同实施例3，在圆底烧瓶中加入相对分子质量2000的聚乙二醇单甲醚20g，在120℃下熔融减压除水2小时，在50℃，加入40mL的甲苯溶解聚乙二醇单甲醚，加入异氟尔酮二异氰酸酯2.3g，缓慢升温至80℃反应5小时，然后降温到30℃，再加入甲基丙烯酸-β-羟乙酯1.4g，反应8小时，反应液加入到10～30份的冷乙醚中沉析，离心分离或减压抽滤，沉淀物真空干燥后得到PEGH。
实施例6在一圆底烧瓶中加入1g的聚乙二醇大分子单体(PEGA或PEGH)的甲苯溶液(浓度为2.5％，wt)40mL，70℃下，加入1g的氰基丙烯酸乙酯，滴加浓度为1％的偶氮二异丁腈的甲苯溶液1mL，进行自由基溶液聚合反应6小时，然后加入1mg终止剂氯化亚铜，反应液加入到10～30份的冷乙醚中沉析，过滤，沉淀物真空干燥得含有PEG-g-PACA的粗产物，将粗产物溶于与水互溶的溶剂中，然后分散在水中，过滤出沉淀物，滤液冷冻干燥后得到PEG-g-PACA两亲性接枝共聚物。
实施例7装置与操作同实施例6，在圆底烧瓶中加入1g的聚乙二醇大分子单体(PEGA或PEGH)的甲苯溶液(浓度为2.5％，wt)40mL，60℃下，加入4g的氰基丙烯酸乙酯，然后滴加浓度为3％的偶氮二异丁腈的甲苯溶液1mL，进行自由基溶液聚合反应6h，然后加入1mg终止剂氯化亚铜，反应液加入到10～30份的冷乙醚中沉析，过滤，沉淀物真空干燥得含有PEG-g-PACA的粗产物，将粗产物溶于与水互溶的溶剂中，然后分散在水中，过滤出沉淀物，滤液冷冻干燥后得到PEG-g-PACA两亲性接枝共聚物。
实施例8装置与操作同实施例6，在一圆底烧瓶中加入1g的聚乙二醇大分子单体(PEGA或PEGH)的甲苯溶液(浓度为2.5％，wt)40mL，60℃下，加入1g的氰基丙烯酸正丁酯，然后滴加浓度为1％的偶氮二异丁腈的甲苯溶液1mL，进行自由基溶液聚合反应6h，然后加入1mg终止剂氯化亚铜，反应液加入到10～30份的冷乙醚中沉析，过滤，沉淀物真空干燥得含有PEG-g-PACA的粗产物，将粗产物溶于与水互溶的溶剂中，然后分散在水中，过滤出沉淀物，滤液冷冻干燥后得到PEG-g-PACA两亲性接枝共聚物。
实施例9装置与操作同实施例6，在一圆底烧瓶中加入1g的聚乙二醇大分子单体(PEGA或PEGH)的甲苯溶液(浓度为2.5％，wt)40mL，60℃下，加入1g的氰基丙烯酸乙酯，然后滴加浓度为1％的偶氮二异丁腈的甲苯溶液1mL，进行自由基溶液聚合反应6h，然后加入1mg终止剂对苯二酚，反应液加入到10～30份的冷乙醚中沉析，过滤，沉淀物真空干燥得含有PEG-g-PACA的粗产物，将粗产物溶于与水互溶的溶剂中，然后分散在水中，过滤出沉淀物，滤液冷冻干燥后得到PEG-g-PACA两亲性接枝共聚物。
实施例10装置与操作同实施例6，在一圆底烧瓶中加入1g的聚乙二醇大分子单体(PEGA或PEGH)的甲苯溶液(浓度为2.5％，wt)40mL，60℃下，加入1g的氰基丙烯酸乙酯，然后滴加浓度为1％的偶氮二异庚腈的甲苯溶液1mL，进行自由基溶液聚合反应6h，然后加入1mg终止剂氯化亚铜，反应液加入到10～30份的冷乙醚中沉析，过滤，沉淀物真空干燥得含有PEG-g-PACA的粗产物，将粗产物溶于与水互溶的溶剂中，然后分散在水中，过滤出沉淀物，滤液冷冻干燥后得到PEG-g-PACA两亲性接枝共聚物。
实施例11把10mg布洛芬和90mg的实施例8制备的PEACA溶于8mL丙酮或二氯甲烷中，在磁力搅拌下缓慢滴加到300mL双蒸水中，随着丙酮向水相地扩散，PEG链段逐渐进入水相，PACA链段从水相析出，发生聚集，形成包裹布洛芬的增溶胶束，直到丙酮挥发完全，胶束内核固化成球形成载有布洛芬的聚合物纳米粒，平均粒径为20～500nm，离心分离，上清液经冷冻干燥得负载布洛芬的PEACA纳米冻干粉，这种负载布洛芬的PEACA纳米冻干粉可自分散于水中，从而形成粒径为20～500nm的纳米粒水分散液。
实施例12装置与操作同实施例11，只是用紫杉醇代替了布洛芬，制备出负载紫杉醇的PEACA纳米粒。
权利要求
1.一类聚乙二醇接枝修饰的聚氰基丙烯酸酯接枝共聚物，其特征在于这类聚乙二醇(PEG)接枝修饰的聚氰基丙烯酸酯(PACA)接枝共聚物(PEG-g-PACA)具有式I所示的结构 式中R1、R2为含有2～10个碳的烷基；A为式II或式III所示的链单元， 其中R3是具有1～5个碳的烷基，以甲基较好，R4为1～8个碳的亚烷基，以-CH2CH2--CH2CH2CH2-CH2(CH3)CH2-较好，R′为芳香族或脂肪族烷烃，R″为H或1～5个碳的烷基，n、m、o、p、p′、q均为整数。
2.一种制备按权利要求1所述的聚合物所用的用来提供式II链单元的聚乙二醇大分子单体PEGA，其特征在于具有式IV所示的结构， 其中R3、o同上。
3.一种制备按权利要求1所述的聚合物所用的用来提供式III链单元的聚乙二醇大分子单体PEGH，其特征在于具有式V所示的结构。 其中R3、R4、R′、R″、q同上。
4.一种按权利要求2所述的聚乙二醇大分子单体PEGA的制备方法，其特征是以单封端的聚乙二醇和马来酸酐为原料进行开环反应制备的，方法是把一定量的单封端的聚乙二醇加入反应器，在100～160℃下熔融减压除水2-4小时，在低于65℃下，按马来酸酐/聚乙二醇为1～1.1的投料比(摩尔比)加入马来酸酐，然后在低于30mmHg，65～120℃下反应2～8小时得粗产物，粗产物经溶剂溶解后加入到10～30份的0～10℃的乙醚中沉析，分离出沉淀物，将沉淀物真空干燥得到PEGA。
5.一种按权利要求3所述的聚乙二醇大分子单体PEGH的制备方法，其特征是以二异氰酸酯为偶联剂，以单封端的聚乙二醇和丙烯酸-β-羟烷基酯为原料制备的，方法是将一定量的单封端的聚乙二醇加入反应器，在100～160℃下熔融减压除水2～4小时，在低于60℃下，加入3～5份的甲苯，然后按二异氰酸酯/聚乙二醇1～1.1的投料比(摩尔比)加入二异氰酸酯，缓慢升温至70～90℃反应2～5小时，在50℃以下，加入1～1.1倍单封端的聚乙二醇摩尔数的甲基丙烯酸-β-羟烷基酯，反应3～8小时，在20～30℃减压浓缩反应液，浓缩液用有机溶剂溶解，然后加入到10～30份的0～10℃的乙醚中进行沉析，分离出沉淀物，将沉淀物真空干燥得到PEGH。
6.一种采用按权利要求2和3所述的单封端聚乙二醇大分子单体PEGA或PEGH制备权利要求1所述的聚合物的方法，其特征在于采用相对分子质量为500-20000的PEGA或PEGH和氰基丙烯酸酯为原料，将PEGA或PEGH的甲苯溶液加入反应器中，在50～70℃下，加入质量为聚乙二醇大分子单体0.25～5倍的氰基丙烯酸烷基酯，然后滴加浓度为1-3％的偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈引发剂的甲苯溶液，反应2～8小时，之后加入微量氯化亚铜或对苯二酚终止反应，将反应液加入到10～30份的0～10℃乙醚中沉析，过滤，沉淀物真空干燥得含有PEG-g-PACA的粗产物，将粗产物溶于与水互溶的溶剂中，然后分散在水中，分离出沉淀物，清液冷冻干燥后得到PEG-g-PACA两亲性接枝共聚物。
7.按权利要求6所述的PEG-g-PACA的制备方法，其特征在于所用氰基丙烯酸酯为氰基丙烯酸乙酯、氰基丙烯酸丙酯、氰基丙烯酸异丙酯、氰基丙烯酸正丁酯、氰基丙烯酸异丁酯。
8.一种按权利要求1所述的聚乙二醇接枝修饰的聚氰基丙烯酸酯接枝共聚物(PEG-g-PACA)的用途，其特征在于这种PEG-g-PACA聚合物中亲水性聚乙二醇支链的质量含量为30-80％，PEG-g-PACA在水中能够自组装成纳米胶束，粒径在20～1000nm，作为紫杉醇、阿霉素、替尼泊苷、依托泊苷、道诺霉素、甲氨喋呤、丝裂霉素C、茚甲新、布洛芬、环孢霉素、联苯二甲基二羧酸酯等低水溶性药物的载体，包裹药物于胶束内，形成负载低水溶性药物的纳米胶束，载药量为聚合物质量的0.001～30％，包封率在70％以上，这种载药聚合物纳米胶束水分散液冻干粉可自分散于水中，形成浓度为0.0001～40％的纳米粒水分散液，用于对生物体的靶向给药和药物控制释放。
全文摘要
本发明公开了聚乙二醇(PEG)接枝修饰的聚氰基丙烯酸酯(PACA)接枝共聚物(PEG－g－PACA)及其制备方法和用途。这类PEG－g－PACA接枝共聚物是氰基丙烯酸酯(ACA)和带有双键的聚乙二醇大分子单体的共聚物。聚乙二醇大分子单体分别是(1)聚乙二醇单烷基醚与马来酸酐反应，形成的端基带有马来酸单元的聚乙二醇大分子单体(PEGA)；(2)以二异氰酸酯为偶联剂，在聚乙二醇单烷基醚的端羟基位置接上甲基丙烯酸－β－羟烷基酯，得到的聚乙二醇大分子单体(PEGH)。本发明以PEGA或PEGH和ACA为原料，甲苯为溶剂，在引发剂的作用下进行自由基溶液聚合制得PEG－g－PACA接枝共聚物。这类聚合物用来制备疏水性药物的水分散性纳米粒，形成药物纳米制剂。
文档编号A61K47/32GK1417242SQ0214863
公开日2003年5月14日 申请日期2002年11月14日 优先权日2002年11月14日
发明者董岸杰, 邓联东 申请人:天津大学