吡啶衍生物的合成及其胶凝性能

2013年5月周家吉等．吡啶衍生物的合成及其胶凝性能
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吡啶衍生物的合成及其胶凝性能
周家吉，罗序中，王科军，柳辉金
(江西省有机药物化学重点实验室，赣南师范学院，江西赣州341000)
[摘要]
以琥珀酸和2，6一二氨基吡啶为原料，设计合成了2，6一二[Ⅳ一(羧乙基羰基)氨
基]吡啶(D A P)，并研究了其胶凝性能。

结果表明，D A P 能在水溶液中自组装成水凝胶，其最小胶凝浓度为43m g ／m L ；当稳定凝胶在温度升至8l ℃时，凝胶坍塌形成沉淀；溶液为碱性时，D A P 不能形成水凝胶。

x 射线衍射和扫描电镜检测结果显示，该水凝胶具有多晶态纤维网络结构；红外光谱表征结果表明，水凝胶通过分子间氢键作用形成。

[关键词]
吡啶衍生物水凝胶胶凝性能
超分子凝胶是由低相对分子质量的水凝胶因
子通过分子间氢键、7r 一仃堆积、疏水相互作用、
范德华力和电子转移等分子间非共价键相互作
用，自组装形成线型、纤维状或带状结构，继而形成三维网络结构的聚集体，因其具有低毒、生物相容性、生物降解性以及容易制备等优点，在药物载体、组织工程、基因传递试剂、生物传感器和响应性材料等方面都有很好的应用价值，已成为研究的热点…。

M enger 等旧。

51深人研究了双电荷表面活性剂类胶凝情况，得到了可以形成凝胶的几个系列化合物。

Shi nkai 等M 。

7o 报道了利用巴比妥酸盐的衍生物和双胆固醇化合物、冠醚和二胺通过氢键互补作用形成双组分凝胶体系的研究成果。

唐黎明等旧1以2，6一二氨基吡啶为母体，将琥珀酸接于母体两头，合成了一种超分子水凝胶单体，实现了氢键结合其水凝胶的形成与结构调控，并对水凝胶的形成过程进行推测。

笔者以琥珀酸和2，6一二氨基吡啶为原料，设计合成同时含有羧基、吡啶基和酰胺基的化合物2，6一二[Ⅳ一(羧乙基羰基)氨基]吡啶(D A P)(反应原理见图l 旧1)，探讨依靠分子间多个氢键的协同作用，以期制备稳定的水凝胶，并探究其胶凝性能和潜在应用价值。

O
以
O
+
U ||H 2N
o
N H 2
图1
2,6---[N -(羧乙基羰基)氨基]吡啶合成路线
1实验部分
1．1试剂
琥珀酸酐、2，6一二氨基吡啶、氯仿、乙醇、丙酮、二甲基亚砜，均为分析纯，天津市大茂化学试剂公司。

红外光谱测定时所用溶剂经过绝对无水
处理。

1．2目标产物的合成
将2．18g(0．02m 01)2，6一二氨基吡啶和
4．04
g(0．040
4
m 01)琥珀酸酐溶于装有25m
L 二甲基亚砜的反应瓶中，在50℃下反应4h 后冷
却，将反应物倒人氯仿中，析出沉淀，过滤得灰褐色产物，用丙酮重结晶3次，得浅褐色粉末状产物
D A P ，产率为67．5％。

1．3测定方法
1)核磁共振谱采用B r uker 公司A dvance
400
核磁共振仪，1H N M R (400M H z ，D M S O )测定结
果为：12．11(2H ，C O O H )，10．07(2H ，N H )，7．68(3H ，H )，2．66～2．64(4H ，C H 2)，2．52(4H ，C H 2)。

2)红外光谱由N i col et
A V A T A R
360型光谱
仪记录，采用D T G S 检测器，分辨率为4cm ～．固体红外采用K B r 压片法，凝胶的红外光谱采用C aF ：基片，将凝胶样品置于CaF ：基片得到气凝
胶后进行测定。

3)扫描电镜测定(SE M )。

取少量新制备的有机凝胶覆涂于粘有导电纸的铜片上，摊平成一层薄膜，在空气中自然干燥或冷冻干燥成干凝
收稿El 期：2013—03—04。

作者简介：周家吉，在读硕士研究生，研究方向为超分子凝胶。

可。

～
g oi 人
A D精V A N细C ES石I N FI油N E P化E TR工O C H进E M IC展A LS 第14卷第3期
I
胶，在X L30W／TM P型(Phi l i ps公司)扫描电镜上测定。

4)x一射线衍射(X R D)测定。

载玻片用热洗液浸泡24h，然后依次用水、蒸馏水、二次蒸馏水洗涤3次，晾干备用。

取少量新制备的有机凝胶覆涂于预先处理好的载玻片上，摊平成一层薄膜，在空气中自然干燥得到有机凝胶铸膜，待测。

样品的x一射线图在B r uker D8Focus衍射仪上测得，利用单色石墨C uK t x作为辐射源(A= 1．5418)，管压40kV，管流40m A，发散狭缝(D S)和防散射狭缝(SS)均为1／6(o)，接收狭缝(R S)为0．6m m，测定温度为室温(25oC)。

2结果与讨论
2．1产物的胶凝性能及其稳定性测定
称取定量样品和定量的二次蒸馏水，置于密封的试管中，加热至样品完全溶解。

将得到的溶液在25℃下冷却，陈化。

将试管反转过来，若形成的水凝胶不会改变其凝胶形态，说明该物质具有胶凝性能；反之，则表明该物质无胶凝能力。

实验现象见图2。

(H，n【】摄；；i7r汗}自￥(b)翰、化}f；f茂{急j芷r艇』}Z
图2产物胶凝性能测定
实验过程中发现，在l m L二次蒸馏水中加入少于43m g制得的D A P粉末时，加热样品完全溶解，如图2(a)所示；在25℃下冷却，陈化，形成类凝胶现象，部分水不能包裹在凝胶中。

在1m L二次蒸馏水中加入43m g或以上的D A P粉末时，加热样品完全溶解；在25℃下冷却，陈化，形成稳定凝胶，如图2(b)所示。

实验过程中还发现，将一直径2l l i I n的钢球置于稳定的水凝胶上，然后缓慢升温至81℃时，凝胶出现坍塌，并最终形成不可再溶解的沉淀。

实验考察了溶液pH值对水凝胶的影响。

配制pH=4．04的稀盐酸溶液和pH=10．12的氢氧化钠溶液待用。

在2m L稀盐酸溶液中加入95 m g的D A P粉末，加热使样品完全溶解，在25℃下冷却，陈化，可形成稳定凝胶。

在2m L氢氧化钠溶液中加入95m g的D A P粉末，加热样品至完全溶解，在25℃下冷却，陈化，形成透明溶液，不能形成凝胶。

说明溶液为碱性时，D A P不能形成凝胶。

2．2凝胶的红外光谱分析
研究表明，氢键作用是凝胶在溶剂中自组装的重要驱动力之一。

而傅里叶变换红外光谱(Fr—I R)是研究氢键作用的重要手段之一。

图3为合成产物D A P粉末和D A P干凝胶的FT—I R 光谱。

35003000180015001200
波数／cm-1
图3产物D A P粉末和干凝胶的FT-I R光谱
从图3标出的特征谱带吸收峰可看出，D A P 干凝胶与固体粉末的出峰位置基本相同，但干凝胶的振动频率相对于粉末相应的振动频率略有红移。

这表明凝胶中形成的氢键与固体状态中的氢键基本相同，可以推断出凝胶有分子间氢键作用，并进而形成了氢键三维网络结构。

2．3凝胶中凝胶剂分子的聚集形态
扫描电镜(SE M)是研究凝胶态聚集形貌最常用的工具之一。

为了获得凝胶中聚集体的表面形态，将目标化合物D A P制成干凝胶，用SEM表征，结果见图4。

图4D A P干凝胶的SE M照片
从图4的D A P干凝胶的SEM照片可以看出，凝胶中凝胶剂分子聚集成三维的纤维状结构，
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这些细长的纤维进一步延伸并相互交叉、缠绕，形成复杂的刚性网络结构，大量的水被禁锢于这些网络结构的空隙之中，不能自由流动，从而形成凝胶。

2．4凝胶的X R D分析
X R D技术是表征有序聚集体的长程相关性及二级结构晶型的空间维度等微观结构信息的常用手段。

图5为产物D A P干凝胶X R D谱。

衍射曲线出现了不规律的衍射峰，其中各个峰的d值分别为：14．6300，9．2892，4．7096，3．8969，3．6428A，表明干凝胶中凝胶剂分子的排列为多晶态结构。

0b1015ZO25303540
20／(。

)
图5D A P干凝胶的X R D谱
3结论
1)设计合成的单元分子中同时存有羧基、吡啶基和酰胺基的单体物质2，6一二[Ⅳ一(羧乙基羰基)氨基]吡啶(D A P)分子是一种优良、潜在的水凝胶因子。

2)当D A P质量浓度不小于43m g／m L时，能形成稳定凝胶；当凝胶温度升至81℃时，凝胶坍塌形成沉淀。

溶液为碱I生时，D A P不能形成水凝胶。

3)D A P与水在分子间多个协同作用形成稳定的水凝胶是一种无序多晶态的纤维网络微观结构，形成水凝胶自组装的主要驱动力是分子间氢键作用。

参考文献
[1]B hat t achar ya S，M ai t r a U，M ukh opadhyay S，et a1．A dvance s
i n m o l ecu l ar hydroge l s[M]．Spri nger，2006：613—647．
[2]M enger F M，Li t t au C A．G e m i n i—sur f act ant s：syn t he si s a nd
proper t i es[J]．J A m C hem S oc，1991，113：1451—1452．[3]M e nger F M，K e i per J S．G em i ni surfa ct a nt s[J]．A ngew C hem
肋Ed，2000，39：1907—1920．
[4]M anger F M，Se r e d yuk V A，A pk a r i a n R P，et a1．C ol l oi d al
ass em bl i es of br anc he d ge m i ni s st udi e d by cr yo—-et ch—-
H R S EM[J]．J A m C hem S oc，2002，124：12408—12409．
[5]M anger F M，Z h ang H，C ar an K L，et a1．G em i ni—i nduced
col um na r j oi nti ng i n vi t reous i ce．C r yo—H R SE M as a t ool f or
di sc over i ng new col loi dal m or phol ogi es[J]．J A m C hem S oc，
2002．124：1140—1141．
[6]I na ne K，O no Y，K a n e ki yo Y，et a1．D e si g n of new or gani c
gel ator s s t abi l i zed by a hos t gues t i nt er a ct i on[J]．J O r g C hem，
1999，64：2933—2937．
[7]J ung J H，O noY，Shi nkai S．O r ga nog el s ofm l"ow n—appen-
de d chol es t er ol der i vat i ves c∞be s t abi l i zed by ho st—gues t i n—
t e m et i ons[J]．T e t ra hedron L e t t，1999，40：8395—8399．
[8]燕良，唐黎明，王毓江．氢键结合超分子水凝胶的形成与结
构调控[J]．高分子学报，2006，19(5)：736—739．
Synt he si s and G e l l i ng Pe r f or m ance of Pyr i di ne D e r i va t i ve
Z hou Ji aj i L uo X uzho ng W ang K ej un Li u H ui j i n
(K ey Lab or at o r y of O r g ano—p har m a ceut i c al C hem i s t r y of J i angxi Pr ovi nce，
G a nnan N or m a l U ni ver s i t y，G a nz hou341000，J i angxi，C hi na)
[A bst r act]2，6一D i[N—car boxyet hyl ca r bonyl]pyr i di ne(D A P)w a s de si gne d and synt hesi zed f r om am ber aci d and2，6-di am i nopyr i di ne．A nd t he gel l i ng pe r f or m ance s of D A P w as st udi e d．The r esul t s s how ed t hat D A P coul d f or m hydr ogel by sel f-ass em bl y i n
a queous sol ut i on；t he l ow es t gel at i on conc ent r at i on w as 43m r／m L；t he s t abl e hydr ogel w oul d col l aps e i nt o pr ecipi t at i on at t e m pe r at ur e of81oC；D A P coul d no t form hydr ogel i n al kal i ne sol ut i on．T he gel of D A P w as anal ys i zed and char a ct er i zed by X R D，SEM，and兀、一IR．A nd t he r esul t s s how ed t hat t he gel had pol ycrys t al l i ne f i ber net w or k s t r uct ur e and w as f orm ed by i nt e r m ol eeu l ar hydr oge n bonds．
[K ey w or ds]pyr i di ne der i v at i ve；h ydr ogel；gel l i ng perf or m ance。