一种硼酸催化羧基化β-环糊精接枝四氧化三铁及其制备方法
阅读说明：本技术 一种硼酸催化羧基化β-环糊精接枝四氧化三铁及其制备方法 (Boric acid-catalyzed carboxylated beta-cyclodextrin grafted ferroferric oxide and preparation method thereof ) 是由 王景昌 赵宇 赵启成 詹世平 于 2021-01-21 设计创作，主要内容包括：一种硼酸催化羧基化β-环糊精接枝四氧化三铁及其制备方法,属于载体材料领域。本发明采用3-氨丙基三乙氧基硅烷改性四氧化三铁得到具有氨基结构的Fe-3O-4；再用羧基化β-环糊精和氨基化四氧化三铁为原料,硼酸为催化剂,通过酰胺化反应制备得到β-环糊精接枝氨基化四氧化三铁的产物β-CD-Fe-3O-4。本发明方法制备的产物的综合性能得到进一步的改善,具有良好生物相容性和磁性能,该制备方法具有原料和催化剂绿色、反应条件温和,反应时间短,且接枝率高的特点。(Boric acid-catalyzed carboxylation beta-cyclodextrin grafted ferroferric oxide and a preparation method thereof, belonging to the field of carrier materials. The invention adopts 3-aminopropyltriethoxysilane to modify ferroferric oxide to obtain Fe with amino structure 3 O 4 (ii) a Then carboxylated beta-cyclodextrin and aminated ferroferric oxide are used as raw materials, boric acid is used as a catalyst, and the beta-cyclodextrin grafted aminated ferroferric oxide product beta-CD-Fe is prepared through amidation reaction 3 O 4 . The product prepared by the method has the characteristics of further improved comprehensive performance, good biocompatibility and magnetic property, green raw materials and catalyst, mild reaction condition, short reaction time and high grafting rate.)
技术领域
本发明属于载体材料领域，具体涉及一种硼酸催化羧基化β-环糊精接枝四氧化三铁及其制备方法。
背景技术
随着医学科学技术的发展，四氧化三铁(Fe3O4)磁性纳米粒子在肿瘤诊断和靶向治疗方面潜在的医学应用引起了人们的广泛关注，例如，作为磁共振成像的关键造影剂成分，作为磁热高温疗法的介质或作为药物输送的靶向介质。β-环糊精是由1,4-糖苷键链接7个D-吡喃葡萄糖苷单元的环状低聚糖，β-环糊精具有两亲性、生物相容性好、免疫原性低、来源广泛和价格低廉的优点，可以提高药物的溶解性和稳定性，加强药物吸收，掩盖不必要的气味和味道，控制药物释放，通过生物屏障(载体)提高药物的渗透性，在药物制剂、食品、香料、化妆品、包装和纺织品等领域得到了广泛应用。应用生物相容性良好的β-环糊精包覆磁性物质，可以改善磁性纳米粒子的生物相容性，扩展其在生物医用领域中的应用范围。现有的磁性物质接枝率低、反应时间长，不利于工业化利用。
发明内容
针对上述不足本发明提供一种硼酸催化羧基化β-环糊精接枝四氧化三铁及其制备方法，该方具有原料和催化剂绿色、反应温度温和，反应时间短和接枝率高的优点。
本发明解决技术问题采用的制备方法的步骤如下：
(1)氨基化四氧化三铁的制备：称取3g的Fe3O4粒子，溶于含有150mL无水乙醇和2mL的去离子水的三口烧瓶中，在超声中分散均匀，升温至80℃，在氮气保护下，加入3mL的3-氨丙基三乙氧基硅烷(ATPES)，机械搅拌下以180r/min的速度反应6h，静置冷却，抽滤，干燥后的氨基化四氧化三铁(Fe3O4-NH2)；
(2)β-环糊精磁性产物的制备：称取一定量的β-CD-COOH和Fe3O4-NH2，加入到含有15mL二甲基亚砜的三口烧瓶中，将混合物超声10min，再称取一定量的硼酸，在氮气保护下，升温至一定的温度，反应一定时间后，冷却至室温，用80mL无水乙醇稀释反溶，重复磁力倾析2-3次，得到产物，并将干燥后的产物保存；
在步骤(2)中，操作参数范围为：反应温度为60～80℃，反应时间为4～8h，β-CD-COOH与Fe3O4-NH2的质量比为10:2～6，β-CD-COOH与催化剂质量比为10:2～4。
原理：本发明采用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性四氧化三铁(Fe3O4)得到具有氨基结构的Fe3O4；再用羧基化β-环糊精(β-CD-COOH)和氨基化四氧化三铁(Fe3O4-NH2)为原料，硼酸为催化剂，通过酰胺化反应制备得到β-环糊精接枝氨基化四氧化三铁的产物β-CD-Fe3O4。产物β-CD-Fe3O4具有良好的亲水性和磁性能，可用于药物递送系统的靶向载体。羧基化β-环糊精与氨基化Fe3O4接枝率的测定方法：依据Beer-Lambert定律，采用红外光谱的定量分析方法测定了产物的相对接枝率。通过产物红外谱图中对应羧基化β-环糊精和氨基化Fe3O4的特征吸收峰面积比，确定二者的相对含量，用于比较其接枝率的大小，以确定最佳的操作条件。
有益效果：本发明方法制备的产物的综合性能得到进一步的改善，具有良好生物相容性和磁性能，该制备方法具有原料和催化剂绿色、反应条件温和，反应时间短，且接枝率高的特点。
附图说明
图1β-环糊精接枝氨基化四氧化三铁的合成路线图。
图2接枝产物β-CD-Fe3O4的FT-IR谱图：(a)Fe3O4；(b)Fe3O4-NH2；(c)β-CD-Fe3O4。
图3接枝产物β-CD-Fe3O4的XRD谱图：(a)Fe3O4；(b)Fe3O4-NH2；(c)β-CD-Fe3O4。
图4接枝产物β-CD-Fe3O4的磁性能谱图：(a)Fe3O4-NH2；(b)β-CD-Fe3O4。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
精确称取0.5g的β-CD-COOH和0.25g的Fe3O4-NH2，加入到含有15mL二甲基亚砜的三口烧瓶中，将混合物超声10min，再称取0.15g的硼酸，在氮气保护下，升温至70℃，反应5h后，冷却至室温，用80mL无水乙醇稀释反溶，重复磁力倾析2-3次，得到产物的接枝率为75.5％；
实施例2
精确称取0.5g的β-CD-COOH和0.25g的Fe3O4-NH2，加入到含有15mL二甲基亚砜的三口烧瓶中，将混合物超声10min，再称取0.15g的硼酸，在氮气保护下，升温至80℃，反应5h后，冷却至室温，用80mL无水乙醇稀释反溶，重复磁力倾析2-3次，得到产物的接枝率为50.8％；
实施例3
精确称取0.5g的β-CD-COOH和0.125g的Fe3O4-NH2，加入到含有15mL二甲基亚砜的三口烧瓶中，，将混合物超声10min，再称取0.15g的硼酸，在氮气保护下，升温至70℃，反应5h后，冷却至室温，用80mL无水乙醇稀释反溶，重复磁力倾析2-3次，得到产物的接枝率为65.1％；
实施例4
精确称取0.5g的β-CD-COOH和0.25g的Fe3O4-NH2，加入到含有15mL二甲基亚砜的三口烧瓶中，将混合物超声10min，再称取0.13g的硼酸，在氮气保护下，升温至70℃，反应5h后，冷却至室温，用80mL无水乙醇稀释反溶，重复磁力倾析2-3次，得到产物的接枝率为73.4％；
图2为接枝产物β-CD-Fe3O4的FT-IR谱图，对应于Fe3O4的谱线，强吸收带位于638和561cm-1左右，由于在570cm-1处产生的裂分对应于Fe3O4的Fe-O键的移动，445cm-1处也是由于Fe-O键在375cm-1处的移动；经过APTES的修饰后，可以观察到上述三个特征带，与Fe3O4相比，APTES-Fe3O4呈现处在2926和2857cm-1有丙胺基团的C-H键的伸缩振动吸收带，二氧化硅通过Fe-O-Si键连接到颗粒表面，相对应的吸收带出现在587cm-1左右并与Fe-O键的振动重叠。但是APTES-Fe3O4的硅烷聚合物在表面上可以用SiO-H和Si-O-Si键在1030和1111cm-1附近的吸收带证实。在1643和3419cm-1处的两个峰由于-NH2的弯曲振动和N-H的伸缩振动。对于β-CD-COOH-Fe3O4样品，在3316cm-1和3134cm-1处为-OH和N-H的伸缩振动，在1190-910cm-1范围内的宽带为β-CD以及四氧化三铁中醚键特征吸收峰，在谱图中也观察到了CH2中的C-H和-OH中法O-H的振动在1465cm-1和1310cm-1之间。
图3为接枝产物β-CD-Fe3O4的XRD谱图，其中标准Fe3O4具有立方尖晶石结构，在Fe3O4曲线中(220)，(311)，(400)，(422)，(511)和(440)有明显的衍射峰，在(110)和(104)即2θ＝21.228°和2θ＝33.158°没有针铁矿和赤铁矿的特征衍射峰，表明在Fe3O4中没有FeOOH和Fe2O3的存在。很显然，实验的Fe3O4磁性纳米颗粒的XRD与标准的Fe3O4尖晶石结构的XRD图案非常一致。在Fe3O4-NH2和β-CD-Fe3O4的XRD曲线中，表明APTES和β-CD-COOH接枝与Fe3O4反应不会导致Fe3O4的相变。而在Fe3O4-NH2和β-CD-Fe3O4曲线中出现了弱宽带即2θ＝18-25°，这可以归结为Fe3O4周围含有氨基硅烷的APTES以及β-CD大分子的影响。
图4为接枝产物β-CD-Fe3O4的磁性能谱图，β-CD-Fe3O4和Fe3O4-NH2的磁化强度值分别为57.99和62.05emu/g，无滞后现象，而且剩磁和矫顽力为零，说明具有超顺磁性。超顺磁性就意味着将磁性载体微粒在分散在溶液中，不会发生铁磁纳米粒子的严重聚集。由于β-CD-Fe3O4的曲线比Fe3O4-NH2的曲线多了β-CD-COOH的大分子，所以磁性载体微粒的值略低于Fe3O4-NH2。当在医学等领域应用时，该特征表明磁性微粒可用于高效磁操作或适用于相对较低的外部磁场领域。
上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。
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