《武汉工程大学学报》 2011年11期
43-46
出版日期：2011-11-30
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
以二乙醇胺为核聚酰胺胺树形分子的合成及表征
0引言树形分子是20世纪80年代兴起的一类人工合成高分子，其结构上具有纳米尺寸(1～10 nm)、单分散性、多官能团等特性.树形分子的合成以及应用已成为当今大分子研究的热点之一.树形分子在各个领域都有广泛的应用，例如：主客体化学及其分子的自组装［12］、纳米模板［34］、催化剂［57］、癌细胞靶向治疗［8］、药物载体和基因转染［9］等.聚酰胺胺(polyamidoamine，PAMAM）类树形分子是研究最早且已有商业化产品问世的树形分子化合物.PAMAM树形分子的传统合成方法一般有两种：发散法和收敛法.无论是发散法还是收敛法，合成的树形分子在结构上均由中心核、重复单元、表面官能团三部分组成.随着树形分子代数的增加，树形分子逐渐趋向于球形结构.目前PAMAM树形分子的结构主要以乙二胺［10］、氨［11］、三乙醇胺［12］及三聚乙二醇［13］等为核,通过合成控制可以使其单边发散、双边发散或多边发散.对树形分子进行修饰可提升其性能，拓展其应用领域，例如经PEG修饰的树形分子降低了其生物毒性［14］，而叶酸接枝修饰的树形分子可以应用于癌细胞靶向治疗［15］等.本文以二乙醇胺为初始核，采用单边发散法，通过两次交替的迈克尔加成反应和酰胺化反应，合成了一系列低代PAMAM树形分子.该树形分子一端含有两个羟基，另一端为酯基或伯胺基，为后续树形分子的修饰提供了可能.1实验部分1.1仪器与试剂试剂：二乙醇胺，(国药集团化学试剂有限公司生产，分析纯，使用前重蒸）、丙烯酸甲酯(国药集团化学试剂有限公司生产，化学纯，使用前重蒸）、乙二胺(国药集团化学试剂有限公司生产，化学纯，使用前重蒸）、甲醇(国药集团化学试剂有限公司生产，化学纯，使用前重蒸）、二氯甲烷(国药集团化学试剂有限公司生产，化学纯，使用前重蒸）、无水乙醚(国药集团化学试剂有限公司生产，化学纯，使用前重蒸）、石英砂(天津市河北区海晶精细化工厂，分析纯)、薄层层析硅胶(青岛海洋化工厂，试剂级)、柱层层析硅胶(青岛海洋化工厂，试剂级).仪器：Varian MercuryVX300型核磁共振谱仪(美国Varian Mercury公司，1H NMR 300 MHz）、Nicolet is10红外光谱仪(美国Nicolet公司）、8522型恒温磁力搅拌器(上海市易友仪器有限公司)、RE252型旋转蒸发器(上海市嘉鹏科技有限公司)、2XZ4型旋片式真空泵(临海市谭氏真空设备有限公司)、循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限责任公司)、JA3003N电子天平(上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂)、101型电热鼓风干燥箱(北京永光明医疗仪器厂).1.2合成步骤在合成过程中采用经典的发散法，利用传统的迈克尔加成反应和酰胺化反应合成不同代数的树形分子.合成路线如图1所示.图1以二乙醇胺为核的PAMAM树形分子合成路线
Fig.1Synthesis of PAMAM dendrimers with diethanolamine as core(1)G0.5PAMAM的合成.称取适量二乙醇胺室温下溶于15 mL甲醇，搅拌状态下向其溶液中滴加过量的丙烯酸甲酯，在氮气保护下避光反应48 h.经薄层层析色谱(TLC）检测发现二乙醇胺已完全反应.减压蒸馏除去溶剂甲醇及过量丙烯酸甲酯.粗产物进行柱层析分离，提纯得到淡黄色油状液体G0.5PAMAM,产率为92%.(2)G1.0PAMAM的合成.取G0.5PAMAM溶于15 mL甲醇，室温下搅拌均匀.向其滴加6 mL乙二胺，氮气保护下搅拌反应72 h.经TLC检测发现原料已完全反应.停止反应，减压蒸馏除去甲醇及过量的乙二胺.粗产物溶于少量甲醇，乙醚沉降三次.采用油泵减压抽出残余乙二胺，直至TLC检测产物中乙二胺消失.得到淡黄色油状液体G1.0PAMAM，产率为96%.(3)G1.5PAMAM的合成.与G0.5PAMAM合成类似，将G1.0PAMAM室温下溶于适量甲醇.向其滴加过量的丙烯酸甲酯，在氮气保护下避光反应.待其完全反应，除去甲醇及过量丙烯酸甲酯.粗产物通过柱层析分离得到淡黄色油状液体G1.5PAMAM，产率为92%.(4)G2.0AMAM的合成.与G1.0PAMAM合成类似，取G1.5PAMAM溶于适量甲醇，室温下搅拌均匀.向其滴加过量乙二胺，氮气保护下搅拌反应.待其完全反应，除去甲醇及剩余的乙二胺.粗产物溶于少量甲醇乙醚沉降三次.油泵减压处理直至除尽乙二胺.得到淡黄色油状液体G2.0PAMAM，产率为90%.2结果与讨论2.1核磁共振表征分析核磁氢谱(1H NMR）手段在检测分子结构最有效的方法之一.图2为产物(G0.5PAMAM、G1.0PAMAM、G1.5PAMAM、G2.0PAMAM）的氢谱核磁图，其中化合物G0.5PAMAM和G1.5PAMAM所用溶剂为CDCl3，化合物G1.0PAMAM和G2.0PAMAM所用溶剂为D2O.对各步反应产物1H NMR分析如下：G0.5PAMAM(CDCl3,δ):3.76(—COO—CH3),3.61(HO—CH2—),2.88(—N—CH2—CH2—COO—),2.63(HO—CH2—CH2—),2.52(—CH2—COO—).G1.0PAMAM(D2O,δ):4.18(HO—CH2—),3.72(—NH—CH2—),3.38(—CH2—CH2—CO—),3.20(HO—CH2—CH2—、—CH2—NH2),2.82(—CH2—CH2—CO—).G1.5PAMAM(CDCl3,δ):3.76(—COO—CH3),3.62(HO—CH2—),3.17(—NH—CH2—CH2—N—),2.83(—N—CH2—CH2—CO—NH—),2.76(—N—CH2—CH2—N—、—N—CH2—CH2—COOCH3),2.62(HO—CH2—CH2—),2.55(—N—CH2—CH2—CO—NH—),2.42(—N—CH2—CH2—COOCH3).第11期肖夏，等：以二乙醇胺为核聚酰胺胺树形分子的合成及表征
武汉工程大学学报第33卷
G2.0PAMAM(D2O,δ):3.55(HO—CH2—),3.25(—NH—CH2—CH2—N—),3.23(—NH—CH2—CH2—NH2),2.75(—NH—CH2—CH2—NH2),2.66(—N—CH2—CH2—CO—NH—),2.58(HO—CH2—CH2—),2.50(—NH—CH2—CH2—CO—NH—),2.66(—N—CH2—CH2—CO—NH—).各产物的基本峰个数归纳如表1，通过峰面积积分计算，所得结构与目标产物相符.图2各步反应产物的1H NMR谱图
Fig.21H NMR spectra of the products表1各产物1H NMR图的核磁峰统计
Table 1The peak information of 1H NMR
spectra of the products产物理论
H原
子种数1H NMR
图中峰
个数1H NMR图中
各峰面积比G0.5PAMAM5544223G1.0PAMAM66221111G1.5PAMAM99442222223G2.0PAMAM101022111122222.2红外(IR）表征分析图3为各步反应产物(G0.5PAMAM、G1.0PAMAM、G1.5PAMAM、G2.0PAMAM）的红外谱图，据分析可知，在3 395 cm-1处为O—H的伸缩振动峰，亚甲基的C—H伸缩吸收峰位于2 952 cm-1附近.1 439 cm-1处为亚甲基的C—H的弯曲振动吸收峰.1 731 cm-1处为羰基伸缩振动的特征吸收峰.而在1 198 cm-1处也出现了—C—O—的对称振动吸收峰.其余各步产物中，在1 634～1 650 cm-1附近为酰胺羰基中—CO—伸缩振动吸收峰.在1 555～1 564 cm-1附近为酰胺羰基中等的N—H和C—N的弯曲振动吸收峰.通过这些特征吸收峰的出现与消失可以判断反应的进程.对产物结构得到了进一步的证实.图3各步反应产物的红外光谱图
Fig.3FTIR spectra of the products3结语本研究以二乙醇胺为初始核,采用传统的发散法通过交替的迈克尔加成反应和酰胺化反应合成了单边发散的0.5至2代聚酰胺胺(PAMAM）树形分子.该树形分子一端含两个羟基，另一端为酯基或伯胺基，可以通过重复的迈克尔加成和酰胺化进行树形分子的增长，也可以通过官能团转换反应对树形分子进行修饰使其多功能化.我们将对此树形分子进一步增长及衍生化，并希望将来其在药物载体和基因转染载体等领域得到应用.参考文献：