聚(癸二酸-衣康酸)的合成及表征

聚（癸二酸-衣康酸）的合成及表征

袁军，邓明进，沈喜洲

武汉工程大学化工与制药学院，武汉（430073）

摘要：将癸二酸和衣康酸分别与乙酸酐反应合成相应的混合酸酐，再将两者的混合酸酐在催化剂乙酸镉作用下以不同的摩尔比真空熔融缩聚得到了相对分子质量较高的聚（癸二酸-衣康酸）P(IA-co-SA)共聚酸酐，分别用TG、1H-NMR、FT-IR、GPC等手段对混合酸酐和共聚酸酐进行了表征，并研究了共聚酸酐在磷酸盐缓冲溶液中的体外降解性能。

关键词：聚（癸二酸-衣康酸），聚酸酐，体外降解，熔融缩聚

聚酸酐作为一类新的可生物降解高分子材料，由于其优良的生物相容性和表面溶蚀性，在医学领域正得到愈来愈广泛的应用。关于聚酸酐的研究，可追溯到1909年，由Bucher 和Slade[1]首次合成的聚对苯二甲酸酐(PTA)和聚间苯二甲酸酐(PIPA)，但由于此类芳香族聚酸酐熔点太高，溶解性极低，因而没有得到应用。到了30年代，Hill和Carothers[2]合成了一系列脂肪族聚酸酐，希望能代替一些聚酯、聚酰胺等用于纺织行业，其中聚癸二酸酐(PSA)具有良好的成纤性能和机械性能。但由于酸酐键的水解不稳定性，使它们很快失去强度和柔软性能。到了80年代初期，以美国麻省理工大学教授Langer[3]为首的研究小组利用聚酸酐的不稳定性，开发出可生物降解的高分子材料，成功地用于药物控制释放领域，从此开创了聚酸酐研究和应用的新纪元。作为一类新型药物控释材料，经过系统研究，1996年，聚[1,3-双(对羧基苯氧基)丙烷-癸二酸]共聚物(P(CPP-SA))获FDA批准应用于复发恶性脑胶质瘤的术后辅助化疗[4]。与聚酯相比，聚酸酐具有降解速度调解范围广、表面溶蚀降解等特点。同时，通过对聚酸酐的化学结构进行分子设计，还可获得能满足不同使用要求的载体材料。

在众多聚酸酐材料的研究领域中，脂肪族聚酸酐及其共聚酸酐已有较多的研究报道，但对于以不饱和脂肪族二元酸衣康酸为原料的聚酸酐的研究还未见有报道。由于衣康酸采用生物发酵法[5,6]制成，不同于其它二元羧酸依赖于石化产品的分离，在能源危机日益严重的今天，衣康酸不断显示出它在同类产品中的优越性。同时，衣康酸分子内含有一个碳碳不饱和双键，在用于合成聚酸酐材料的后期可以考虑将碳碳不饱和双键通过引发剂引发聚合、热聚合或紫外光引发聚合而生成一种交联结构，提高其机械强度，从而克服一般聚酸酐较脆、缺乏必要抗拉强度的缺点。因此我们以衣康酸和另一种脂肪族二元酸癸二酸为原料，在一定条件下进行共聚而得到了一类新的不饱和聚酸酐材料。

1 实验部分

1.1 实验药品

癸二酸（分析纯，天津化学试剂公司，使用前用无水乙醇重结晶）；衣康酸(工业级，质量分数为98％，淄博市临淄大荣精细化工厂提供)；乙酸酐（分析纯，成都科龙化工试剂厂，使用前新蒸）；乙酸镉（分析纯，天津市苏庄化学试剂厂）；丙酮（分析纯，武汉中南化工试剂公司），无水乙醚（分析纯，天津科密欧试剂公司），石油醚（60-90℃，分析纯，上海化学试剂公司），磷酸氢二钠（分析纯，武汉市化学试剂厂），磷酸二氢钾（分析纯，天津

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市博迪化工公司），所有溶剂使用前均经无水处理。

1.2仪器与表征

红外光谱在Nicolet510P型傅立叶变换红外光谱仪(美国Nicolet公司)上测定，用KBr 压片；1H-NMR用Mercury VX-300型核磁共振仪(美国，Varian公司)在300MHz下测定，TMS为内标；热重分析在上海精密科学仪器有限公司生产的ZRY-1P上测定，升温速率为10℃/min；共聚酸酐分子量在Agilent 1100凝胶色谱仪上测定，四元泵，RID示差检测器，Agilent GPC色谱柱，THF为流动相，流速1ml/s，聚苯乙烯标样为相对分子质量标准；熔点在天津分析仪器厂生产的RY-1型熔点仪上测定。

1.3 合成实验

癸二酸酐（SA）：按文献[7]方法合成。

衣康酸酐（IA）：将摩尔比为1:2.2的衣康酸和乙酸酐混合物置于烧瓶中，加热回流反应一定时间，减压蒸馏除去过量的乙酸和乙酸酐(<60℃)后，反应混合物在冰水中冷却，然后用1:1（体积比）的石油醚，乙醚浸泡过夜，抽滤，乙醚洗涤，真空干燥至恒重，得白色的针状晶体，即产品。合成的衣康酸酐（IA）的熔点为63-66℃，原料衣康酸的熔点为165-168℃。

聚（癸二酸-衣康酸）P(IA-co-SA)共聚酸酐：按摩尔比分别为4:1、7:3、1:1、3:7、1:4的比例称取前面合成的IA、SA和适量催化剂乙酸镉，加入到带支管的聚合管中，常温下抽真空，充入氮气，反复三次以保证除尽聚合管中的空气，油浴升温至100℃，待衣康酸酐和癸二酸酐全部熔融后油浴继续升温至160℃将聚合管反复抽真空进行缩聚反应（每10min 通N2 30s），反应结束后，取出聚合管，停止抽真空。待聚合物冷却后，用三氯甲烷溶解，再用石油醚沉淀、过滤，无水乙醚反复洗涤后得到产品，真空干燥。

1.4 体外降解实验

50mg共聚酸酐样品用自制模具在压力100kg/cm的室温条件下制成长约1.5mm，直径2.8mm的柱状样品。将其置于0.1mol/L，pH值为7.4的磷酸盐缓冲溶液中，在37℃下恒温振荡，模拟人体进行降解实验，每日更换缓冲溶液，以保持恒定的pH值，定期取样，用蒸馏水清洗样品表面，真空干燥，称重，计算失重率。

2 结果与讨论

2.1 衣康酸酐（IA）的结构表征

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图1 衣康酸与衣康酸酐的FTIR图

Fig 1 FTIR spectrum of Itaconic acid and itaconic anhydride

衣康酸和衣康酸酐（IA）的红外吸收光谱图见图1，与衣康酸相比较，IA的FTIR谱图上，衣康酸的羟基的伸缩振动吸收宽峰（2400-3600cm-1）在与乙酸酐反应生成IA后消失，这是羟基发生了反应的证据；同时，原来衣康酸谱图中的羧基羰基的伸缩振动吸收峰（1702cm-1）消失，而代之以酸酐键的特征吸收峰，因羰基与C=C双键共轭而使振动峰向低频吸收带移动，吸收峰的位置分别为1848cm-1，1769cm-1，这是生成酸酐键的证明。而且在1629cm-1和952cm-1处出现了衣康酸中特有的不饱和C=C双键的伸缩振动吸收峰，酸酐键的碳氧碳特征吸收峰位于1019cm-1。

衣康酸的标准1H-NMR谱图（www.aist.go.jp/RIODB/SDBS）和合成衣康酸酐（IA）的1H-NMR谱图如图2和图3所示，合成的衣康酸酐溶解在氘代氯仿中，大约10mg的样品溶

解在1ml溶剂中。从IA的1H-NMR谱图（图3）中可以看出：IA有3种氢a，b，c分别出现在6.57ppm、5.95ppm和3.64ppm处，三种氢的积分峰面积比为1:1:2，与衣康酸酐结构式中三种氢的个数比是对应的。其中，与不饱和碳碳双键(C=C)相连的H(a,b)出现在6.57ppm 和5.95ppm处，同时发生了裂分，3.64ppm为与羰基相邻的亚甲基质子峰（-CO-CH2-），这和衣康酸的标准1H-NMR谱图（图2）相比，各个质子峰的归属基本上相吻合。因此，通过1H-NMR谱图，结合合成产物的FTIR谱图，我们可以确定合成的产物是衣康酸酐。

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