一种葡聚糖基两亲嵌段共聚物及其制备方法
阅读说明：本技术 一种葡聚糖基两亲嵌段共聚物及其制备方法 (Glucan-based amphiphilic block copolymer and preparation method thereof ) 是由 张书录 曹然信 马青岭 王素芹 张福新 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种葡聚糖基两亲嵌段共聚物及其制备方法,所述制备方法包括将葡聚糖氧化成聚醛葡聚糖；将聚丁二酸丁二醇酯的端基进行氨基化得到氨基化聚丁二酸丁二醇酯；将氨基化聚丁二酸丁二醇酯与聚醛葡聚糖进行加热反应,制得所述葡聚糖基两亲嵌段共聚物；本发明制备方法高效简单,制备得到的葡聚糖基两亲嵌段共聚物具有良好的生物降解性和生物相容性；此外,该葡聚糖基两亲嵌段共聚物具有可修饰端基,能够作进一步的功能化,达到扩展应用和使用的效果。(The invention discloses a dextran-based amphiphilic block copolymer and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the steps of oxidizing dextran into polyaldehyde dextran; carrying out amination on the end group of the poly (butylene succinate) to obtain aminated poly (butylene succinate); carrying out heating reaction on aminated polybutylene succinate and polyaldehyde glucan to prepare the glucan-based amphiphilic block copolymer; the preparation method is efficient and simple, and the prepared glucan-based amphiphilic block copolymer has good biodegradability and biocompatibility; in addition, the glucan-based amphiphilic block copolymer has a modifiable end group, can be further functionalized, and achieves the effects of expanding application and use.)
技术领域
本发明涉及葡聚糖技术领域，具体涉及一种葡聚糖基两亲嵌段共聚物及其制备方法。
背景技术
葡聚糖(dextran)，又称右旋糖酐，一种水溶性天然多糖，在体内可被降解成葡聚糖单体，无毒、无害。葡聚糖具有类似PEG的良好的生物兼容性、无免疫原性、抗蛋白吸附等功能，有利于载体在体内长时间循环。葡聚糖作为药物载体应用时具有类似PEG的“长循环”和“隐形”的特点，在血液中可以降低蛋白吸收，保护药物不被破坏。葡聚糖有5％的支化结构，分子结构中含有大量可被功能化的羟基，通过羟基的反应性很易于将其他靶向基团或荧光分子键合在葡聚糖上。
目前，利用葡聚糖的羟基合成两亲性接枝共聚物研究非常广泛，如Biomaterials(Vol.30，p1363～1371，2009)公开了一种聚己内酯-g-葡聚糖两亲性接枝共聚物，其在水溶液中能形成胶束，并能有效的作为药物载体。但现有葡聚糖基嵌段共聚物一般存在生物降解性能、生物相容性较差，而且存在制备过程步骤繁琐，操作复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种葡聚糖基两亲嵌段共聚物及其制备方法，该葡聚糖基两亲嵌段共聚物具有优异的生物降解性能和生物相容性，应用范围更广。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明第一方面提供一种葡聚糖基两亲嵌段共聚物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(a)将葡聚糖氧化成聚醛葡聚糖；
(b)将聚丁二酸丁二醇酯的端基进行氨基化得到氨基化聚丁二酸丁二醇酯；
(c)将氨基化聚丁二酸丁二醇酯与聚醛葡聚糖进行加热反应，制得所述葡聚糖基两亲嵌段共聚物。
优选地，所述步骤(a)中，葡聚糖氧化成聚醛葡聚糖具体包括：
在氮气保护下，向葡聚糖水溶液中添加EDTA、1，4-苯二酚、硼氢化钠、NaOH和甲苯，并搅拌回流2～4小时，得到第一混合溶液；
向第一混合溶液中滴加2-溴-I，1-二乙氧基乙烷溶液0.5～2h，然后，搅拌回流10～15h，得到第二混合溶液；
取第二混合溶液中的有机相并用水洗涤，得到水溶液，将水溶液加入甲醇中，得到醛化糖前体沉淀；
将醛化糖前体沉淀溶于水中，并加入甲苯磺酸调节pH至1～2，加热水解，并调节至中性，收集沉淀，得到醛基葡聚糖。
优选地，所述步骤(b)中，氨基化具体包括如下步骤：
(1)将聚丁二酸丁二醇酯和甲基磺酰氯进行反应，得到甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯；
(2)将甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯与叠氮化钠进行反应，得到叠氮聚丁二酸丁二醇酯；将叠氮聚丁二酸丁二醇酯在Pd/C的催化作用下与甲酸铵进行反应，得到氨基化聚丁二酸丁二醇酯。
优选地，所述步骤(1)中，聚丁二酸丁二醇酯与甲基磺酰氯的摩尔比为1∶(8～10)；
聚丁二酸丁二醇酯和甲基磺酰氯进行反应的过程为在冰浴和搅拌下反应15～24h。
优选地，所述步骤(2)中，甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯与叠氮化钠进行反应的温度为90～95℃，时间为20～30h；
甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯与叠氮化钠的摩尔比为1∶(1.5～3)。
优选地，所述步骤(2)中，Pd/C的质量为叠氮聚丁二酸丁二醇酯质量的4％～6％；甲酸铵的质量为叠氮聚丁二酸丁二醇酯质量的55％～65％。
优选地，所述步骤(2)中，叠氮聚丁二酸丁二醇酯在Pd/C的催化作用下与甲酸铵进行反应的温度为22～27℃，时间为1.5～3h。
优选地，所述步骤(c)中，氨基化聚丁二酸丁二醇酯与聚醛葡聚糖的摩尔比(1.5～2.5)∶1。
优选地，所述步骤(c)中，加热反应的温度50～70℃，时间为1～3h；加热反应过程中采用的催化剂为醋酸，催化剂的添加量为反应物总重量的1％～1.5％。
本发明第二方面提供一种上述制备方法制备得到的葡聚糖基两亲嵌段共聚物。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
本发明制备方法高效简单，制备得到的葡聚糖基两亲嵌段共聚物具有良好的生物降解性和生物相容性；此外，该葡聚糖基两亲嵌段共聚物具有可修饰端基，能够作进一步的功能化，达到扩展应用和使用的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实验例中实施例1制得的葡聚糖基两亲嵌段共聚物生物降解曲线。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
实施例1
本实施例为一种葡聚糖基两亲嵌段共聚物的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(a)将葡聚糖氧化成聚醛葡聚糖，氧化方法具体包括：
在氮气保护下，向葡聚糖水溶液中添加EDTA、1，4-苯二酚、硼氢化钠、NaOH和甲苯，并搅拌回流3小时，得到第一混合溶液；
向第一混合溶液中滴加2-溴-I，1-二乙氧基乙烷溶液1h，然后，搅拌回流12h，得到第二混合溶液；
取第二混合溶液中的有机相并用水洗涤，得到水溶液，将水溶液加入甲醇中，得到醛化糖前体沉淀；
将醛化糖前体沉淀溶于水中，并加入甲苯磺酸调节pH至1.5，加热水解，并调节至中性，收集沉淀，得到醛基葡聚糖；
(b)将聚丁二酸丁二醇酯溶解于吡啶中，然后在冰浴和搅拌条件下缓慢滴加甲基磺酰氯进行反应20h，反应结束后沉降洗涤，25℃下真空干燥24h，得到甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯，其中，聚丁二酸丁二醇酯与甲基磺酰氯的摩尔比为1∶9；
将甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯溶解于二甲基砜中，然后，加入催化剂并混匀，在氮气保护下升温至93℃，随后，分批加入叠氮化钠进行反应24h，再加入5倍于反应混合液的纯净水洗涤，沉降，过滤，再洗涤，得到叠氮聚丁二酸丁二醇酯，其中，甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯与叠氮化钠的摩尔比为1:1.5；
在叠氮聚丁二酸丁二醇酯中加入Pd/C和甲酸铵，在搅拌条件下于25℃回流反应2h，抽滤去除Pd/C，滤渣大量水洗，浓缩抽滤，干燥得到氨基化聚丁二酸丁二醇酯，其中，Pd/C的质量为叠氮聚丁二酸丁二醇酯质量的5％；甲酸铵的质量为叠氮聚丁二酸丁二醇酯质量的60％；
(c)将聚醛葡聚糖溶解于二甲基亚砜中，然后，依次加入氨基化聚丁二酸丁二醇酯和醋酸，并在搅拌条件下加热至50℃反应1h，制得所述葡聚糖基两亲嵌段共聚物，其中，氨基化聚丁二酸丁二醇酯与聚醛葡聚糖的摩尔比为2:1；催化剂的添加量为反应物总重量的1％。
实施例2
本实施例为一种葡聚糖基两亲嵌段共聚物的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(a)将葡聚糖氧化成聚醛葡聚糖，氧化方法具体包括：
在氮气保护下，向葡聚糖水溶液中添加EDTA、1，4-苯二酚、硼氢化钠、NaOH和甲苯，并搅拌回流3小时，得到第一混合溶液；
向第一混合溶液中滴加2-溴-I，1-二乙氧基乙烷溶液1h，然后，搅拌回流12h，得到第二混合溶液；
取第二混合溶液中的有机相并用水洗涤，得到水溶液，将水溶液加入甲醇中，得到醛化糖前体沉淀；
将醛化糖前体沉淀溶于水中，并加入甲苯磺酸调节pH至1.5，加热水解，并调节至中性，收集沉淀，得到醛基葡聚糖；
(b)将聚丁二酸丁二醇酯溶解于吡啶中，然后在冰浴和搅拌条件下缓慢滴加甲基磺酰氯进行反应18h，反应结束后沉降洗涤，25℃下真空干燥24h，得到甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯，其中，聚丁二酸丁二醇酯与甲基磺酰氯的摩尔比为1∶8；
将甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯溶解于二甲基砜中，然后，加入催化剂并混匀，在氮气保护下升温至90℃，随后，分批加入叠氮化钠进行反应24h，再加入5倍于反应混合液的纯净水洗涤，沉降，过滤，再洗涤，得到叠氮聚丁二酸丁二醇酯，其中，甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯与叠氮化钠的摩尔比为1:3；
在叠氮聚丁二酸丁二醇酯中加入Pd/C和甲酸铵，在搅拌条件下于25℃回流反应3h，抽滤去除Pd/C，滤渣大量水洗，浓缩抽滤，干燥得到氨基化聚丁二酸丁二醇酯，其中，Pd/C的质量为叠氮聚丁二酸丁二醇酯质量的4％；甲酸铵的质量为叠氮聚丁二酸丁二醇酯质量的65％；
(c)将聚醛葡聚糖溶解于二甲基亚砜中，然后，依次加入氨基化聚丁二酸丁二醇酯和醋酸，并在搅拌条件下加热至70℃反应3h，制得所述葡聚糖基两亲嵌段共聚物，其中，氨基化聚丁二酸丁二醇酯与聚醛葡聚糖的摩尔比2:1，催化剂的添加量为反应物总重量的1.5％。
实施例3
本实施例为一种葡聚糖基两亲嵌段共聚物的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(a)将葡聚糖氧化成聚醛葡聚糖，氧化方法具体包括：
在氮气保护下，向葡聚糖水溶液中添加EDTA、1，4-苯二酚、硼氢化钠、NaOH和甲苯，并搅拌回流3小时，得到第一混合溶液；
向第一混合溶液中滴加2-溴-I，1-二乙氧基乙烷溶液1h，然后，搅拌回流12h，得到第二混合溶液；
取第二混合溶液中的有机相并用水洗涤，得到水溶液，将水溶液加入甲醇中，得到醛化糖前体沉淀；
将醛化糖前体沉淀溶于水中，并加入甲苯磺酸调节pH至1.5，加热水解，并调节至中性，收集沉淀，得到醛基葡聚糖；
(b)将聚丁二酸丁二醇酯溶解于吡啶中，然后在冰浴和搅拌条件下缓慢滴加甲基磺酰氯进行反应24h，反应结束后沉降洗涤，25℃下真空干燥24h，得到甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯，其中，聚丁二酸丁二醇酯与甲基磺酰氯的摩尔比为1∶10；
将甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯溶解于二甲基砜中，然后，加入催化剂并混匀，在氮气保护下升温至95℃，随后，分批加入叠氮化钠进行反应20h，再加入5倍于反应混合液的纯净水洗涤，沉降，过滤，再洗涤，得到叠氮聚丁二酸丁二醇酯，其中，甲基磺酰基聚丁二酸丁二醇酯与叠氮化钠的摩尔比为1:2；
在叠氮聚丁二酸丁二醇酯中加入Pd/C和甲酸铵，在搅拌条件下于25℃回流反应2.5h，抽滤去除Pd/C，滤渣大量水洗，浓缩抽滤，干燥得到氨基化聚丁二酸丁二醇酯，其中，Pd/C的质量为叠氮聚丁二酸丁二醇酯质量的6％；甲酸铵的质量为叠氮聚丁二酸丁二醇酯质量的55％；
(c)将聚醛葡聚糖溶解于二甲基亚砜中，然后，依次加入氨基化聚丁二酸丁二醇酯和醋酸，并在搅拌条件下加热至60℃反应2h，制得所述葡聚糖基两亲嵌段共聚物，其中，氨基化聚丁二酸丁二醇酯与聚醛葡聚糖的摩尔比为2:1，催化剂的添加量为反应物总重量的1.2％。
对比例1
本对比例为一种葡聚糖基两亲嵌段共聚物的制备方法，该制备方法与实施例1中的制备方法基本相同，区别仅在于步骤(c)中反应温度为90℃。
对比例2
本对比例为一种葡聚糖基两亲嵌段共聚物的制备方法，该制备方法与实施例1中的制备方法基本相同，区别仅在于步骤(c)中反应时间为4h。
实验例
分别按照实施例1～3和对比例1-2制备得到的葡聚糖基两亲嵌段共聚物，计算产率，反应产物产率＝(实际得到的产物质量/理论得到的产物质量)*100％；
按照GB/T19277检测方法是将试样材料与堆肥接种物混合后放入堆肥化容器中，在一定的氧气，温度(58±2C)，湿度(50-55％)的条件下进行充分的堆肥化，测定材料降解45天后CO2的最终释放量，用实际的CO2释放量与其理论最大放出量的比值来表示材料的生物降解率。检测参照物为粒径小于20μm的纤维素，只有当参照物45天后降解率大于70％时该试验有效；每种葡聚糖基两亲嵌段共聚物作3个重复，其中，实施例1制备得到的葡聚糖基两亲嵌段共聚物生物降解曲线如图1所示；不同葡聚糖基两亲嵌段共聚物的生物降解率计算结果如表1所示：
表1
组别
45天降解率
产率(％)
实施例1
60％
91.2
实施例2
60.5％
91.6
实施例3
64％
95.6
对比例1
61％
82.5
对比例2
60.7％
83.1
参照物纤维素
76％
由表1可知：
本发明实施例制备得到的葡聚糖基两亲嵌段共聚物具有更加优异的生物降解性能，由实施例1和对比例1、2相比，通过改变缩聚反应的温度和时间，即提高反应温度和延长反应时间，导致制备得到的葡聚糖基两亲嵌段共聚物的产率降低，可降解性有所降低。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
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