PCL-b-PNAGA嵌段共聚物的制备及表征

王金娜

(天津工业大学 材料科学与工程学院，天津 300387)

聚己内酯(Polycaprolactone，PCL)一种常见的脂肪族聚酯，其优越的生物降解性能，良好的生物相容性和力学性能成为广大学者关注的重点[1]。例如Hu等[2]利用以PCL作为原料之一制备了两亲嵌段共聚物，包载疏水性药物，来充当新一代靶向药物递送，控制释放和疾病诊断功能的纳米平台。Du等[3]以PCL和PAMA为原料制备了生物相容性良好的两亲性嵌段共聚物PCL-b-PAMA，并将其应用于药物载体。然而，PCL的重复单元为五个碳烷基使其具有强疏水性，限制了其在生物、医药方面的应用。而N-丙烯酰基甘氨酰胺(NAGA)[4]是一种白色粉末状固体，由NAGA合成的PNAGA[5]聚合物大分子水凝胶更是具有极其优越的性能。吴倩等[6]研究了双酰胺氢键联和强化高分子 PNAGA-PAMPS 超导水凝胶。他们采用 PEDOT/PSS 简单原位掺杂 PNAGA-PAMPS，制备了双酰胺氢键交联和强化高分子超导水凝胶。因此本文将强亲水性的单体NAGA通过RAFT法对合成的聚己内酯进行改性，制备了嵌段共聚物PCL-b-PNAGA。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

ε-己内酯(阿拉丁生化科技股份有限公司)，异辛酸亚锡(阿拉丁生化科技股份有限公司)，异溴丁酸羟乙酯(HMB，百灵威化学技术有限公司)，丙烯酰氯(百灵威化学技术有限公司)，甘氨酰胺盐酸盐(百灵威化学技术有限公司)，偶氮二异丁腈(百灵威化学技术有限公司)，溴化亚铜(天津市希恩思生化科技有限公司)，N,N,N',N',N'-五甲基二亚乙三胺(天津市希恩思生化科技有限公司)，2-(苄基硫烷基硫羰基硫烷基)乙醇(BSTSE，实验室自制)，二氯甲烷，甲醇，碳酸钾，二甲基亚砜，盐酸，氢氧化钠，无水乙醇，无水硫酸镁，乙醚(皆购自天津风船化学试剂科技有限公司)。

FA1101N分析天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)，CJ78-1磁力搅拌器(金坛市大地自动化仪器厂)，RE-52AA旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂)，FD-1a-50真空冷冻干燥机(天津比朗实验设备有限公司)，202-1AB电热恒温干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司)，AVANCE-300MHz核磁共振谱仪(瑞士BRUKER 公司)，TENSOR37傅里叶变换红外光谱仪(瑞士BRUKER 公司)。

1.2 NAGA的合成

据Dai等报道[4]，取250 mL的单口圆底烧瓶，向其中加入甘氨酰胺酸盐(71.60 mmol)、水(6 mL)、乙醚(18 mL)、碳酸钾(33.60 mL，2 mol/L)，冰水浴搅拌15 min。然后将乙醚和丙烯酰氯的混合液(乙醚+丙烯酰氯)用恒压滴液缓慢滴加，冰水浴中反应4 h。反应结束后，将下层溶液的pH值用稀盐酸调节至2，然后终止反应。用乙醚萃取三次，取下层溶液。用氢氧化钠颗粒将pH值调至7。冰箱冷冻24 h，冷冻干燥一定时间后，用一定量的乙醇和甲醇的混合液(乙醇/甲醇=4∶1)溶解将冻干后的样品溶解，经抽滤后，取下层溶液经旋蒸至浑浊后，取出静置6 h，过滤后取固体，25℃真空干燥。单体NAGA的制备路线如图1。

图1 单体NAGA的制备路线图

1.3 PCL-b-PNAGA的合成

(1)ε-己内酯的精制：用量筒量取350 mL 的ε-己内酯至500 mL真空干燥后的烧杯中，加入10.00 g CaH2，磁力搅拌器搅拌24 h。然后，将 ε-己内酯溶液倒至单口烧瓶中，在油浴110℃条件下进行减压蒸馏，并收集馏分。最后将纯化后的ε-己内酯封装在有活化分子筛的试剂瓶中，备用。

(2)开环聚合(ROP)合成大分子链转移剂PCL-CTA：据Liu等报道[7]，取50 mL的反应管，向其中加入ε-己内酯(35.00 mmol)、BSTSE(0.50 mmol)、辛酸亚锡(2滴)、甲苯(15 mL)搅拌均匀，之后经三次冷冻-解冻循环后，在110℃油浴锅中搅拌反应12 h，待反应结束后用液氮猝灭反应。之后用少量的二氯甲烷溶解稀释得到的混合物，冰甲醇沉淀三次以纯化。最后，将所得的PCL-CTA在真空下于25℃干燥24 h。

(3)RAFT法合成PCL-b-PNAGA：取50 mL的反应管，向其中加入PCL-CTA(0.08 mmol)、AIBN(4.00 mg)、DMSO(20 mL)、一定量的NAGA单体，三次冷冻-解冻循环，在70℃油浴锅中搅拌反应14 h，用液氮淬灭反应。冰甲醇处理，取沉淀，向其中加入200 mL蒸馏水，在90℃下洗涤2 h以除去杂质，最后，将所得的PCL-b-PNAGA冷冻干燥24 h。制备路线如图2。

图2 PCL-b-PNAGA RAFT法的制备路线图

1.4 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)

本文采用TENSOR37 型傅里叶变换红外光谱仪对NAGA、大分子链转移剂PCL-CTA和嵌段共聚物PCL-b-PNAGA的化学结构进行表征。测试条件分别为25℃，波长范围为4100～400 cm-1。

1.5 核磁共振(1H-NMR)

本文采用1H-NMR(AVANCE 300MHz)测定NAGA、大分子链转移剂PCL-CTA和嵌段共聚物PCL-b-PNAGA的化学结构。测试条件均为25℃，CDCl3，DMSO-d6为溶剂，四甲基硅烷(TMS)为内标。

2 结果与讨论

2.1 NAGA的表征

图3为NAGA在D2O溶剂中的核磁(1HNMR)化学位移δ为：6.24 ppm (-CH2=CH)，5.76 ppm(CH2=CH)，3.92 ppm(-NH-CH2-CO-)。图4为NAGA的FTIR光谱显示其特征谱带： ν= 3394 cm-1(-NH-)，3313 cm-1(-NH-)，3187 cm-1(-NH-)，1660 cm-1(C=O)，1623 cm-1(C=O)，1556 cm-1(-NH-)。测试结果与文献报道一致[4]，证明NAGA单体已经成功合成。

图4 NAGA的FT-IR谱图

2.2 PCL60-CTA和PCL-b-PNAGA 1H-NMR表征

图5为聚(ε-己内酯)大分子链转移剂(PCL-CTA)的合成表征，以BSTSE为引发剂引发ε-己内酯开环聚合生成大分子链转移剂PCL-CTA。如图所示为聚合物PCL-CTA的1H-NMR谱图，谱图中PCL-CTA化学结构中所含有的H质子均有对应的特征峰，1H-NMR(CDCl3，400 MHz，298K，δ)：4.06(-CH2-O)，3.87(-S-CH2-)，3.65(-O-CH2-)，2.30(-CH2-CO)，1.64(-CH2-，-CH-)，1.29(-CH2-)，测试结果与文献报道一致[7]，证明成功合成了大分子链转移剂PCL-CTA，同时通过4.06 ppm与3.65 ppm处的特征峰的核磁积分比计算出大分子链转移剂PCL-CTA的聚合度为60。

通过RAFT合成的嵌段共聚物PCL-b-PNAGA在DMSO溶剂中的核磁(1H-NMR)表征中-CH2-O的化学位移为3.98 ppm，NH-CH2-CO的化学位移为3.44 ppm，CO-CH2- 的化学位移为2.23 ppm，-CH2-，-CH-的化学位移为1.64 ppm，-CH2-的化学位移为1.29 ppm，-NH2的化学位移为6.8～9.0 ppm。测试结果与文献报道一致[5,7]，证明PCL-b-PNAGA成功合成。在图5中根据特征峰c、e和f可知PCL-PNAGA已经成功合成。根据c和7的积分面积比可知共聚比A为60∶50(理论值为60∶100)，B为60∶8(理论值为60∶20)。这说明了用RAFT成功合成了一定嵌段比的PCL-PNAGA的嵌段共聚物。

图5 PCL60-CTA和PCL-b-PNAGA的1H-NMR 谱图

2.3 PCL60-CTA和PCL-b-PNAGA的FT-IR表征

通过ROP和RAFT合成的聚合物结构还可以通过FT-IR定性表征。如图6所示： PCL60-CTA的FTIR光谱显示其特征谱带：ν=3444 cm-1(-OH-)，2941 cm-1(-(CH2)n-)，2864 cm-1(-(CH2)n-)，1723 cm-1(-C=O)，1635 cm-1(C=O)。与PCL60-CTA相比，PCL60-b-PNAGA50图谱有伯胺和亚胺的特征峰3275 cm-1(-NH-)，3200 cm-1(-NH-)和1544 cm-1(-NH-)。所以根据红外谱图的信息，进一步证明了PCL-b-PNAGA的成功制备。

图 6 PCL-CTA和PCL-b-PNAGA的 FT-IR 谱图

3 结论

本文制备了一种具有双酰胺基团的单体NAGA，并利用其通过RAFT方法对疏水性强且生物相容性良好的PCL进行改性，制备得到了一定嵌段比的嵌段共聚物PCL-b-PNAGA。我们制备的嵌段共聚物PCL-b-PNAGA由于其具有疏水链段和亲水链段，易形成纳米粒子，可作为纳米载体包载药物，广泛应用于医用化工领域。