专利名称：离子液体中壳聚糖接枝聚乳酸的制备方法
技术领域：
本发明涉及壳聚糖接枝聚乳酸的制备，具体涉及离子液体中壳聚糖接枝聚乳酸的制备方法。
背景技术：
甲壳素是从虾、蟹等甲壳类动物的甲壳以及真菌的细胞壁中提取出来的一种天然多糖，也是自然界仅次于纤维素的第二大生物质资源。壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化衍生物， 具有良好的成膜性、生物相容性、生物可降解性和天然无毒性等独特的性质，是天然多糖中唯一的碱性多糖。壳聚糖分子中含有大量氨基和羟基，具有很高的反应活性，可以进行多种化学改性来获得特殊的性质。经过一定程度疏水改性后，壳聚糖在水溶液中具有自缔合性， 能够自组装形成核/壳结构的纳米尺度胶束，与基于合成高分子的自组装胶束相比，具有更好的生物相容性和无毒性，被认为是疏水性药物和其他疏水性功能材料的优良载体。聚乳酸是一类低毒的生物可降解材料，在体内表现出良好的生物相容性和生物可吸收性，因此被广泛应用于药物传递、植入体和组织工程领域。同时，聚乳酸是一类疏水性聚合物，利用其对亲水的壳聚糖分子进行改性将获得完全由生物可降解材料构成的两亲性聚合物，在生物应用中具有特殊的价值。各种基于聚乳酸接枝壳聚糖的固体膜、片剂材料已经被开发出来，并表现出较好的生物医学应用前景。此外，能够在水溶液中自组装形成纳米胶束的聚乳酸接枝壳聚糖衍生物也已经通过溶液中的开环聚合反应制备出来，它们对于疏水药物的传递也见报道。然而，由于壳聚糖具有很强的分子内和分子间氢键作用，在水和有机溶剂中的溶解性较差，目前为止能够在水溶液中形成自组装胶束的聚乳酸接枝壳聚糖衍生物都是通过先将壳聚糖降解为水溶性的低聚糖或寡糖，然后再在有机溶剂中进行接枝反应制备的。这样既增加了制备的难度，又限制了接枝聚合物分子参数和性能的选择性。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供离子液体中壳聚糖接枝聚乳酸的制备方法。本发明目的通过下述技术方案得以实现
(1)壳聚糖在惰性气体氛围、80°c 100°c下溶解于离子液体中，制得壳聚糖的质量浓度为10% 20%的壳聚糖溶液，然后在惰性气体氛围下继续搅拌2小时 4小时；
(2)搅拌状态下向经步骤(1)处理后的壳聚糖溶液中加入丙交酯，然后逐滴加入辛酸亚锡，辛酸亚锡与壳聚糖中氨基的摩尔比为1:5 1:10，将反应温度升至110°C 130°C，搅拌反应15小时 30小时，得到反应产物；所述丙交酯与壳聚糖中氨基的摩尔比为0. 5:1 4:1 ；
(3)搅拌状态下，将上述反应产物倒入与反应产物的体积比为15:1 25:1的无水乙醇中，充分搅拌分散后静置沉淀，然后过滤得到褐色沉淀；将所述褐色沉淀用无水乙醇洗涤至洗涤废液不变色，所得固体即为壳聚糖接枝聚乳酸衍生物；(4)将步骤(3)得到的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物抽提12 M小时，收集抽提所得到的固体产物，并于室温下真空干燥，得到纯净的两亲性的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物。所述壳聚糖原料的重均分子量为5万 30万，脱乙酰度为65% 95%。由于丙交酯极易水解，所以该制备反应的各步骤必须在无水环境中进行。为进一步实现本发明目的，所述步骤(2)中辛酸亚锡的质量浓度为95%。步骤(2)所述丙交酯为L-丙交酯、D-丙交酯或D，L-丙交酯。步骤(1)中所用的离子液体为氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑或氯化-1-丁基-3-甲基咪唑。为进一步实现本发明目的，步骤(4)所述抽提是以丙酮为溶剂。本发明在均相条件下通过简单的一步反应制备壳聚糖接枝聚乳酸衍生物，反应简单、操作简便，可实现对高分子量壳聚糖的直接改性，在惰性气体氛围中可以有效的防止活性较高的丙交酯的分解作用，在催化剂辛酸亚锡的存在下，丙交酯能迅速聚合成高分子链的聚乳酸，从而有效的破坏了壳聚糖大分子的结晶结构，并能形成有效的疏水端，使壳聚糖更好的溶解到溶剂中。用这种方法制得的两亲性壳聚糖接枝聚乳酸衍生物具有良好的水溶性和油溶性，可进一步自组装形成纳米胶束。与现有技术相比，本发明具有以下优点
(1)本发明可通过一步反应实现均相体系中聚乳酸对大分子量壳聚糖的接枝改性，扩大了原料的分子量参数选择范围，而且反应方法简单、反应程度可控、使用绿色溶剂体系回收方便，可减少使用挥发性大的有机溶剂，降低对环境的污染，减少废物的产生；
(2)本发明所合成的壳聚糖改性产物中氢键及结晶结构被打破，在水和有机溶剂中均表现出良好的溶解性，利于进行水溶液中的自组装制备核/壳结构的纳米胶束，在药物传递、生物成像、传感等领域有广泛的应用前景。
图1是实施例1所制备的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物壳与对比物壳聚糖的FT4R谱图2为实施例1所制备的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物的核磁谱图。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明提供的制备两亲性聚乳酸接枝壳聚糖的方法作详细说明。实施例1
在氮气氛围下，将Ig壳聚糖(Mw=5万)在80°C下溶于5g氯化-1- 丁基-3-甲基咪唑中，并搅拌池，制得质量浓度为20%的壳聚糖溶液；
称取3. 6gD-丙交酯直接加入到壳聚糖溶液中，并逐滴加入0. 5g辛酸亚锡，将反应温度升至130°C，搅拌反应Mh ；反应完成后，将反应产物倒入250ml的无水乙醇中，搅拌30min 并静置沉淀，然后过滤得到褐色沉淀，将所述褐色沉淀用无水乙醇洗涤3次，然后在索氏抽提器中以丙酮为溶剂抽提Mh，将抽提后的固体产物于室温下真空干燥Mh，即得到两亲性的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物。
对所制得的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物进行FT-IR分析，如图1所示，3415CHT1处的吸收峰为羟基O-H的伸缩振动和N-H的伸缩振动吸收峰重叠而成的多重吸收峰；从图中可以看出，与壳聚糖的谱图(曲线a)相比，改性后的聚乳酸壳聚糖样品谱图(曲线b)中，在 2934cm"1和^SOcnT1处的吸收峰属于甲基和亚甲基的伸缩振动；在1743CHT1处的吸收峰属于聚乳酸上的酯键C=O的吸收峰；在1459CHT1处的吸收峰属于甲基的反对称伸缩振动；在 1209CHT1处的吸收峰属于酯键中C-O-C对称伸缩振动；在1127cm—1和1046CHT1处的吸收峰属于甲基的摇摆振动和C-CH3的伸缩振动；在1648CHT1处的吸收峰属于酰胺I带，说明聚乳酸接枝到了壳聚糖的氨基上。从图2的核磁谱图中可以看出，壳聚糖糖环上的质子吸收峰出现在3. Ippm (H_2) 和 3. 3-3. 6ppm (H-3, H-4, H-5, H_6)，以及 4. 3ppm (H_l)。在 1. 9ppm 的峰属于乙酰氨基上质子的吸收峰。而在4. 2ppm和5. Oppm处的峰则属于接枝聚乳酸末位上和重复单元中的次甲基质子峰。在1.2ppm和1.3ppm处出现的峰属于聚乳酸支链末端的甲基的质子峰。这说明在聚乳酸的接枝反应中，聚乳酸被引入到了壳聚糖的主链中。实施例2
在氮气氛围下，将Ig壳聚糖(Mw=15万)在80°C下溶于5g氯化-1- 丁基-3-甲基咪唑中，并搅拌池，制得质量浓度为20%的壳聚糖溶液；
称取2. 7g D-丙交酯直接加入到壳聚糖溶液中，并逐滴加入0. 4g辛酸亚锡，将反应温度升至110°C，搅拌反应15h ；反应完成后，将反应产物倒入150ml的无水乙醇中，搅拌 30min并静置沉淀，然后过滤得到褐色沉淀，将所述褐色沉淀用无水乙醇洗涤3次，然后在索氏抽提器中以丙酮为溶剂抽提Mh，将抽提后的固体产物于室温下真空干燥Mh，得到两亲性的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物。实施例3
在氮气氛围下，将Ig壳聚糖(Mw=25万)在90°C下溶于IOg氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑中，并搅拌4h，制得质量浓度为10%的壳聚糖溶液；
称取1. SgD-丙交酯直接加入到壳聚糖溶液中，并逐滴加入0. 3g辛酸亚锡，将反应温度升至120°C，搅拌反应30h ；反应完成后，将反应产物倒入250ml的无水乙醇中，搅拌30min 并静置沉淀，然后过滤得到褐色沉淀，将所述褐色沉淀用无水乙醇洗涤3次，然后在索氏抽提器中以丙酮为溶剂抽提12h，将抽提后的固体产物于室温下真空干燥Mh，得到两亲性的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物。实施例4
在氮气氛围下，将Ig壳聚糖(Mw=30万)在90°C下溶于IOg氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑中，并搅拌池，制得质量浓度为10%的壳聚糖溶液；
称取0. 9gL-丙交酯直接加入到壳聚糖溶液中，并逐滴加入0. 25g辛酸亚锡，将反应温度升至130°C，搅拌反应Mh;反应完成后，将反应产物倒入250ml的无水乙醇中，搅拌 30min并静置沉淀，然后过滤得到褐色沉淀，将所述褐色沉淀用无水乙醇洗涤3次，然后在索氏抽提器中以丙酮为溶剂抽提Mh，将抽提后的固体产物于室温下真空干燥Mh，得到两亲性的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物。实施例5
在氮气氛围下，将Ig壳聚糖(Mw=5万)在100°C下溶于IOg氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑中，并搅拌池，制得质量浓度为10%的壳聚糖溶液；
称取0. 45gD, L-丙交酯直接加入到壳聚糖溶液中，并逐滴加入0. 25g辛酸亚锡，将反应温度升至130°C，搅拌反应Mh ；反应完成后，将反应产物倒入250ml的无水乙醇中，搅拌 30min并静置沉淀，然后过滤得到褐色沉淀，将所述褐色沉淀用无水乙醇洗涤3次，然后在索氏抽提器中以丙酮为溶剂抽提Mh，将抽提后的固体产物于室温下真空干燥Mh，得到两亲性的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物。对实施例1-5所制备的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物进行溶解性测试，测试条件为称取20mg产物，分散在IOml溶剂中，搅拌3小时，观察溶解情况，测试结果如表1所示，各实施例所制得的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物具有良好的水溶性和油溶性，它们均能很好的溶解在水和极性有机溶剂中，而并不能溶于非极性有机溶剂中。表 权利要求
1.离子液体中壳聚糖接枝聚乳酸的制备方法，其特征在于制备步骤如下(1)壳聚糖在惰性气体氛围、80°c 100°c下溶解于离子液体中，制得壳聚糖的质量浓度为10% 20%的壳聚糖溶液，然后在惰性气体氛围下继续搅拌2小时 4小时；(2)搅拌状态下向经步骤(1)处理后的壳聚糖溶液中加入丙交酯，然后逐滴加入辛酸亚锡，辛酸亚锡与壳聚糖中氨基的摩尔比为1:5 1:10，将反应温度升至110°C 130°C，搅拌反应15小时 30小时，得到反应产物；所述丙交酯与壳聚糖中氨基的摩尔比为0. 5:1 4:1 ；(3)搅拌状态下，将上述反应产物倒入与反应产物的体积比为15:1 25:1的无水乙醇中，充分搅拌分散后静置沉淀，然后过滤得到褐色沉淀；将所述褐色沉淀用无水乙醇洗涤至洗涤废液不变色，所得固体即为壳聚糖接枝聚乳酸衍生物；(4)将步骤(3)得到的壳聚糖接枝聚乳酸衍生物抽提12 24小时，收集抽提所得到的固体产物，并于室温下真空干燥，得到壳聚糖接枝聚乳酸衍生物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述壳聚糖的重均分子量为5万 30 万，脱乙酰度为65% 95%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)所述丙交酯为L-丙交酯、 D-丙交酯或D，L-丙交酯。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述离子液体为氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑或氯化-1- 丁基-3-甲基咪唑。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中辛酸亚锡的质量浓度为 95%。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述步骤(1)至步骤(3)均在无水环境中进行。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于步骤(4)所述抽提是以丙酮为溶剂。
全文摘要
本发明涉及离子液体中壳聚糖接枝聚乳酸的制备方法，是在均相条件下通过一步反应制备两亲性壳聚糖接枝聚乳酸衍生物的方法，具体是在离子液体溶剂体系中，在加入辛酸亚锡催化剂的条件下通过壳聚糖与丙交酯的接枝聚合反应得到反应产物；然后将反应产物中的沉淀物质经乙醇洗涤、丙酮抽提并干燥，即得到壳聚糖接枝聚乳酸衍生物。本发明所制备的壳聚糖接枝聚乳酸两亲性聚合物同时具有良好的水溶性和油溶性，是进行分子自组装制备纳米尺度的微胶囊的优良材料，同时本发明方法简单、可控，避免了大量有机溶剂的使用，反应介质可回收利用，可实现对高分子量壳聚糖的直接改性，避免了复杂的降解预处理。
文档编号C08G63/85GK102329422SQ20111024332
公开日2012年1月25日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者孙润仓, 李栋, 王小慧, 郭延柱 申请人:华南理工大学