氨基甲酸聚乙二醇酯的合成工艺研究

辽宁大学学报JOURNAL OF LIAONING UNIVERSITI自然科学版Natural Sciences edition第阵4卷第2期2007年vol.34No.22007氨基甲酸聚乙二醇酯的合成工艺研究黄永洁(沈阳农业大学高职院,辽宁沈阳110122)摘要:采用聚乙二醇与尿素在不同催化剂的条件下合成了氨基甲酸聚乙二醇酯,并得出了最佳合成工艺制备氨基聚乙二醇酸(盐)酯的最佳实验条件为在PEG1540和uea的摩尔比为1:22的条件下,用snCl催化,150℃反应4h,产率为78%关键词:聚乙二醇;尿素;水溶型;氨基甲酸聚乙二醇酯中图分类号:063311文献标识码:A文章编号:10005846(2007)02016303聚乙二醇(PEG)是一种用途极为广泛的聚醚1.3氨基甲酸聚乙二醇酯的合成类高分子化合物它的水溶性和适配性好,低毒且在装有回流冷凝管,磁力搅拌,通N2装置的无刺激性在实际应用中,PEG末端羟基,其他反三口烧瓶中加入100g分子量为1540的聚乙二应性更强的功能化基团亦可以被引人到PEG链醇,0.2 g SnCI4·5H2O,9.75g尿素,剧烈搅拌下的两端.这些功能化基团的引入扩大了聚乙慢慢升温至150℃,通N2鼓泡带出所生成的二醇的应用范围,使它在有机合成、多肽合成高NH3,在此温度下反应4h,降至室温加入130mL分子合成及药物的缓释控释靶向施药、日用化丙酮充分溶解,过滤蒸出丙酮,冷却后得到蜡状工3等多方面均具有广阔的应用前景本文通固体过分子设计,采用尿素与不同分子量的聚乙二醇反应,得到端基含有可反应氨基的聚乙二醇衍生2结果与讨论2.1氨基甲酸聚乙二醇酯的合成1实验部分做为一种全酰胺,尿素与酰氯,酸酐等羧酸衍生物的化学性质类似,但是亲核取代反应活性远1.1实验原料低于酰氯本文以尿素和PEC为原料合成氨基甲PEC400,PEG60,PEC1000,PEG1540,酸聚乙二醇酯,用于该反应体系的催化剂大多是PEG2000化学纯,天津石英钟厂霸州市化工分有机锡化合物或碱金属化合物,反应的收率一般厂;尿素,SnCl4·5H2O,SnCl2,ACl3,丙酮分析纯,都比较高由于尿素中的羰基与氨基相连,氨基氮沈阳市试剂一厂上的孤电子对与羰基共轭,电子的均匀化使C-N1.2性能测试较其他羧酸衍生物更难发生亲核取代反应,所以FT-IR测试是在 Nicolet-20DXB型红外光我们选择了一系列强而且容易获取的酸性催化谱仪上,采用KBr压片法测试剂H-NMR测试采用FX-90Q型核磁共振仪原料和催化剂在150℃下反应4h基本能充测定,以CDCL-d1为溶剂,TMS为内标测得分反应,反应时间过长,产率也没有显著提高因中国煤化工·作者简介:黄永洁(1972-),女沈阳人讲师从事生物材料研究收稿日期:200610-23CNMHG164辽宁大学学报自然科学版007年为尿素不溶于丙酮,反应后用丙酮充分溶解可以主产物,HNMR8(pm)5.38(s,2H,端氨基的除去未反应的尿素然后再除去丙酮得到淡黄色H),4.03(t,2H,与甲酸酯相连的亚甲基的H),的产物根据PEG分子量的不同产物的状态不3.58(t,2H,靠近酯基且与聚乙二醇相连亚甲基同,PEG分子量为400,600时为粘稠液体,PEG的H),3.53(s,4H,聚乙二醇亚甲基上的H)分子量更高时为蜡状固体色泽越来越浅反应方另外,在核磁谱图上还可以看到副产物的峰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吗概42(s,2H,C—H)(p)2.3氨基甲酸聚乙二醇酯(产物1)的合成工艺2.3.1温度的影响随着PEG分子量的提高,端羟基对尿素酰胺基团的亲核取代活性将降低提高温度可以增强2氨基甲酸聚乙二醇酯的结构表征反应物的活性,特别是可以使PEG链段柔顺性更好,与脲酰胺的接触几率更大,更有利于反应在130℃,对于分子量为1540的聚乙二醇来说,即使图1氨基甲酸聚乙二醇酯的红外谱图155I6s10图3温度对氨基甲酸聚乙二醇酯产率的影响图2氨基甲酸聚乙二醇酚的氢谱图图1和图2分别是氨基甲酸聚乙二醇(400酯的FT-IR和H-NMR谱图,由图1可知1104cm处的宽峰是醚C-0C的特征吸收峰,同时也可能是酯C—0—C的特征吸收峰;1720cm1图4原料比对氨基甲酸聚乙二醇酯产率的影响是氨基甲酸酯中C=0的伸缩振动特征吸收峰,证明了酯的形成;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由图2,我们判断产物中存在三种成分,分别中国煤化工率的影响是产物(1)、(2)和(3),其中(1)是主产物对于CNMHG第2期黄永洁:氨基甲酸聚乙二醇酯的合成工艺研究1652.3.4催化剂对制备氢基甲酸聚乙二醇酯的影尿素的醇解中选用的是路易斯酸催化,而水在路易斯酸催化剂中的存在必然会影响反应的进行,而实际只能购买到SnCl4·5H2O,根据实际情况选择SnCl2,AlCl2这两种无水的催化剂和SnCl4图6催化剂对氨基甲酸聚乙二醇豳产率的影响·5H2O一起作为催化剂结果显示催化剂是所有延长反应时间加大反应物料比例也不能反应,而四种实验因素中影响最小的,即使每分子含有五150℃下能得到氨基甲酸聚乙二醇酸酯,而且产分子的水,SnCL4·5H2O的催化效果还是最好的,率较高,而170℃下相对150℃下的反应产率就SnCl2,AlC2的催化效果差不多虽然ACl4是比较低如图3所示做140℃和160℃下的补充 Lewis酸催化剂中催化活性最好的,但SnCl4是对试验产率也比150℃下的低可见当温度为150这一反应最有效的,结果如图6.23:2物料比例对制备氨基甲酸聚乙二醇酯的3结论影响综合反应影响因素和试验机理,得出制备氨尿素醇解生成氨基甲酸酯后,如有过量的尿基甲酸聚乙二醇酸酯的最佳实验条件为在素,在催化剂的作用下氨基甲酸酯的酰胺基将继PEG1540与urea的摩尔比为1:22的条件下,用续与尿素反应生成脲基〔盐)酯,在结构分析中也SnCl4催化,150℃反应4h,产率达到78%看到的确出现了这一副产物(产物3),可以通过控制反应原料比来减少这一副产物在产物中的比参考文献例因为反应的正常比例是PEG1540与urea的摩[l] R GReenwald.. PEG drugs: an overview[J.JCon尔比为1:2,而完全生成脲基(盐)酯的理论比例trol release 74: 159-171是FEG540与uea的摩尔比为1:4,所以选择了[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,从图4看结果1:22远1183.好于其他物料比[3] InadaY, Matsushima A, Kodera Y, Nishimura H. Po-2.3.3反应时间对制备氨基甲酸聚乙二醇酯的lyethylene glycol (PEG )-protein conjugates: appli影响cation to biomedical and biotechnological processes[J].J Bioact Cormpt Polym, 1990, 5:343-346.从图5分析,5h是反应时间中效果最差的,[4]Hmi」M, Struck e c, Case M G,etal. Synthesis and在实际操作时发现延长反应时间,对实验没有多characterization of poly( ethylene glycol) derivatives大意义,反而会减少主产物的比例表现为用丙[J]. J of Polym Sci: Polym Chem Edit, 1984, 22: 341352.溶解反应物去除未反应的尿素时,有不溶物剩[5]熊成东,王亚辉邓先模聚乙二醇行生物的合成研余而当反应时间为3h,由于反应未能充分进行,究进展[J]高分子通报,200,3(1):39-45产率也不理想,只有当反应时间为4h时,各个条[6徐良防晒化妆品配方技术及其未来发展[]件都达到了最好,所以产率高北京日化,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中国煤化工Key words: polyethylene glycol; urea; water-soluble;CNMHG编辑李超)