氨基甲酸聚乙二醇酯的合成工藝研究

遼寧大學(xué)學(xué)報JOURNAL OF LIAONING UNIVERSITI自然科學(xué)版Natural Sciences edition第陣4卷第2期2007年vol.34No.22007氨基甲酸聚乙二醇酯的合成工藝研究黃永潔(沈陽(yáng)農業(yè)大學(xué)高職院,遼寧沈陽(yáng)110122)摘要:采用聚乙二醇與尿素在不同催化劑的條件下合成了氨基甲酸聚乙二醇酯,并得出了最佳合成工藝制備氨基聚乙二醇酸(鹽)酯的最佳實(shí)驗條件為在PEG1540和uea的摩爾比為1:22的條件下,用snCl催化,150℃反應4h,產(chǎn)率為78%關(guān)鍵詞:聚乙二醇;尿素;水溶型;氨基甲酸聚乙二醇酯中圖分類(lèi)號:063311文獻標識碼:A文章編號:10005846(2007)02016303聚乙二醇(PEG)是一種用途極為廣泛的聚醚1.3氨基甲酸聚乙二醇酯的合成類(lèi)高分子化合物它的水溶性和適配性好,低毒且在裝有回流冷凝管,磁力攪拌,通N2裝置的無(wú)刺激性在實(shí)際應用中,PEG末端羥基,其他反三口燒瓶中加入100g分子量為1540的聚乙二應性更強的功能化基團亦可以被引人到PEG鏈醇,0.2 g SnCI4·5H2O,9.75g尿素,劇烈攪拌下的兩端.這些功能化基團的引入擴大了聚乙慢慢升溫至150℃,通N2鼓泡帶出所生成的二醇的應用范圍,使它在有機合成、多肽合成高NH3,在此溫度下反應4h,降至室溫加入130mL分子合成及藥物的緩釋控釋靶向施藥、日用化丙酮充分溶解,過(guò)濾蒸出丙酮,冷卻后得到蠟狀工3等多方面均具有廣闊的應用前景本文通固體過(guò)分子設計,采用尿素與不同分子量的聚乙二醇反應,得到端基含有可反應氨基的聚乙二醇衍生2結果與討論2.1氨基甲酸聚乙二醇酯的合成1實(shí)驗部分做為一種全酰胺,尿素與酰氯,酸酐等羧酸衍生物的化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似,但是親核取代反應活性遠1.1實(shí)驗原料低于酰氯本文以尿素和PEC為原料合成氨基甲PEC400,PEG60,PEC1000,PEG1540,酸聚乙二醇酯,用于該反應體系的催化劑大多是PEG2000化學(xué)純,天津石英鐘廠(chǎng)霸州市化工分有機錫化合物或堿金屬化合物,反應的收率一般廠(chǎng);尿素,SnCl4·5H2O,SnCl2,ACl3,丙酮分析純,都比較高由于尿素中的羰基與氨基相連,氨基氮沈陽(yáng)市試劑一廠(chǎng)上的孤電子對與羰基共軛,電子的均勻化使C-N1.2性能測試較其他羧酸衍生物更難發(fā)生親核取代反應,所以FT-IR測試是在 Nicolet-20DXB型紅外光我們選擇了一系列強而且容易獲取的酸性催化譜儀上,采用KBr壓片法測試劑H-NMR測試采用FX-90Q型核磁共振儀原料和催化劑在150℃下反應4h基本能充測定,以CDCL-d1為溶劑,TMS為內標測得分反應,反應時(shí)間過(guò)長(cháng),產(chǎn)率也沒(méi)有顯著(zhù)提高因中國煤化工·作者簡(jiǎn)介:黃永潔(1972-),女沈陽(yáng)人講師從事生物材料研究收稿日期:200610-23CNMHG164遼寧大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版007年為尿素不溶于丙酮,反應后用丙酮充分溶解可以主產(chǎn)物,HNMR8(pm)5.38(s,2H,端氨基的除去未反應的尿素然后再除去丙酮得到淡黃色H),4.03(t,2H,與甲酸酯相連的亞甲基的H),的產(chǎn)物根據PEG分子量的不同產(chǎn)物的狀態(tài)不3.58(t,2H,靠近酯基且與聚乙二醇相連亞甲基同,PEG分子量為400,600時(shí)為粘稠液體,PEG的H),3.53(s,4H,聚乙二醇亞甲基上的H)分子量更高時(shí)為蠟狀固體色澤越來(lái)越淺反應方另外,在核磁譜圖上還可以看到副產(chǎn)物的峰H程式如下:NMR8(ppm)8.58(s,1H,NH)(i),6.63(8,2H,N—H)(g),6.22(s,2H,N一H)(f,4.49(s,2H,C-H)(k),3.49(t,2H,C-H)(n),36-0嗎概42(s,2H,C—H)(p)2.3氨基甲酸聚乙二醇酯(產(chǎn)物1)的合成工藝2.3.1溫度的影響隨著(zhù)PEG分子量的提高,端羥基對尿素酰胺基團的親核取代活性將降低提高溫度可以增強2氨基甲酸聚乙二醇酯的結構表征反應物的活性,特別是可以使PEG鏈段柔順性更好,與脲酰胺的接觸幾率更大,更有利于反應在130℃,對于分子量為1540的聚乙二醇來(lái)說(shuō),即使圖1氨基甲酸聚乙二醇酯的紅外譜圖155I6s10圖3溫度對氨基甲酸聚乙二醇酯產(chǎn)率的影響圖2氨基甲酸聚乙二醇酚的氫譜圖圖1和圖2分別是氨基甲酸聚乙二醇(400酯的FT-IR和H-NMR譜圖,由圖1可知1104cm處的寬峰是醚C-0C的特征吸收峰,同時(shí)也可能是酯C—0—C的特征吸收峰;1720cm1圖4原料比對氨基甲酸聚乙二醇酯產(chǎn)率的影響是氨基甲酸酯中C=0的伸縮振動(dòng)特征吸收峰,證明了酯的形成;2873cm是PEG(CH2CH20-)。中C-H的特征吸收峰;3348cm-2,1619cm是端氨基(NH2)的特征吸收峰,1404cm-是氨基甲酸酯中N-C-0的特征吸收峰3354.4s由圖2,我們判斷產(chǎn)物中存在三種成分,分別中國煤化工率的影響是產(chǎn)物(1)、(2)和(3),其中(1)是主產(chǎn)物對于CNMHG第2期黃永潔:氨基甲酸聚乙二醇酯的合成工藝研究1652.3.4催化劑對制備氫基甲酸聚乙二醇酯的影尿素的醇解中選用的是路易斯酸催化,而水在路易斯酸催化劑中的存在必然會(huì )影響反應的進(jìn)行,而實(shí)際只能購買(mǎi)到SnCl4·5H2O,根據實(shí)際情況選擇SnCl2,AlCl2這兩種無(wú)水的催化劑和SnCl4圖6催化劑對氨基甲酸聚乙二醇豳產(chǎn)率的影響·5H2O一起作為催化劑結果顯示催化劑是所有延長(cháng)反應時(shí)間加大反應物料比例也不能反應,而四種實(shí)驗因素中影響最小的,即使每分子含有五150℃下能得到氨基甲酸聚乙二醇酸酯,而且產(chǎn)分子的水,SnCL4·5H2O的催化效果還是最好的,率較高,而170℃下相對150℃下的反應產(chǎn)率就SnCl2,AlC2的催化效果差不多雖然ACl4是比較低如圖3所示做140℃和160℃下的補充 Lewis酸催化劑中催化活性最好的,但SnCl4是對試驗產(chǎn)率也比150℃下的低可見(jiàn)當溫度為150這一反應最有效的,結果如圖6.23:2物料比例對制備氨基甲酸聚乙二醇酯的3結論影響綜合反應影響因素和試驗機理,得出制備氨尿素醇解生成氨基甲酸酯后,如有過(guò)量的尿基甲酸聚乙二醇酸酯的最佳實(shí)驗條件為在素,在催化劑的作用下氨基甲酸酯的酰胺基將繼PEG1540與urea的摩爾比為1:22的條件下,用續與尿素反應生成脲基〔鹽)酯,在結構分析中也SnCl4催化,150℃反應4h,產(chǎn)率達到78%看到的確出現了這一副產(chǎn)物(產(chǎn)物3),可以通過(guò)控制反應原料比來(lái)減少這一副產(chǎn)物在產(chǎn)物中的比參考文獻例因為反應的正常比例是PEG1540與urea的摩[l] R GReenwald.. PEG drugs: an overview[J.JCon爾比為1:2,而完全生成脲基(鹽)酯的理論比例trol release 74: 159-171是FEG540與uea的摩爾比為1:4,所以選擇了[2] s Alinsky, C Gilon, A Zilkha., Attachment of drugs topolyethylene glycols[ J]. Eur Polym J, 1983, 19: 11771:2,1:2.2,1:2.5,1:2.7,從圖4看結果1:22遠1183.好于其他物料比[3] InadaY, Matsushima A, Kodera Y, Nishimura H. Po-2.3.3反應時(shí)間對制備氨基甲酸聚乙二醇酯的lyethylene glycol (PEG )-protein conjugates: appli影響cation to biomedical and biotechnological processes[J].J Bioact Cormpt Polym, 1990, 5:343-346.從圖5分析,5h是反應時(shí)間中效果最差的,[4]Hmi」M, Struck e c, Case M G,etal. Synthesis and在實(shí)際操作時(shí)發(fā)現延長(cháng)反應時(shí)間,對實(shí)驗沒(méi)有多characterization of poly( ethylene glycol) derivatives大意義,反而會(huì )減少主產(chǎn)物的比例表現為用丙[J]. J of Polym Sci: Polym Chem Edit, 1984, 22: 341352.溶解反應物去除未反應的尿素時(shí),有不溶物剩[5]熊成東,王亞輝鄧先模聚乙二醇行生物的合成研余而當反應時(shí)間為3h,由于反應未能充分進(jìn)行,究進(jìn)展[J]高分子通報,200,3(1):39-45產(chǎn)率也不理想,只有當反應時(shí)間為4h時(shí),各個(gè)條[6徐良防曬化妝品配方技術(shù)及其未來(lái)發(fā)展[]件都達到了最好,所以產(chǎn)率高北京日化,2000,(4):2-5Study of the Catalytic Synthesis of PEG Carbamate fromUrea and Polyethylene GlycolHUANG Yong-jie(Vocational College, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110036, ChinaAbstract: A series of novel polyethylene glycol derivates are synthesized by urea and polyethylene glycolwith different catalyst, and the optimum condition of the reaction is determined. Experimental result shows thatthe mole ratio of PEG1540 and urea is 1: 2. 2, with the catalyst of SnCL, the reaction tempature of 150C andthe reaction time of 4h and the maximum yield of the ester is中國煤化工Key words: polyethylene glycol; urea; water-soluble;CNMHG編輯李超)