專利名稱：一種制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，特別是采用酶催化直接縮合聚合反應(yīng)制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
脂肪族聚酯是一種重要的生物可降解材料，由于其具有良好的生物降解性、成型加工性以及力學(xué)性能而倍受青睞。但是由于傳統(tǒng)的脂肪族聚酯缺少與細(xì)胞相互作用的親水極性基團(tuán)，因此其使用范圍到限制，在脂肪族聚酯鏈上引入親水的羥基、羧基或氨基等一方面可以促進(jìn)細(xì)胞在其上的粘附和鋪展，提高生物相容性；另 一方面面可通過(guò)改變主鏈結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)的含量調(diào)節(jié)降解速率。需要特別指出的是可以通過(guò)這些活性基團(tuán)將藥物、蛋白質(zhì)、多肽等具有生物特異活性的分子利用化學(xué)鏈接的方法固定到材料上，從而引發(fā)特異性的細(xì)胞反應(yīng)，有望作為靶向控釋藥物載體和智能化的組織工程支架材料。一般用有機(jī)金屬化合物為催化劑制備功能聚酯時(shí)，在脂肪族聚酯中引入羥基、羧基或氨基等極性基團(tuán)時(shí)一般需用到多官能度單體，需要對(duì)其羥基、羧基或氨基基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)保護(hù)，然后進(jìn)行催化聚合，最后脫去保護(hù)基團(tuán)，得到目標(biāo)聚合物。反應(yīng)步驟較多，收率較低，反應(yīng)需要苛刻的高溫、高真空條件，成本也就比較高。另一方面，由于反應(yīng)過(guò)程中不得不使用大量有機(jī)溶劑和有毒的有機(jī)金屬催化劑，故會(huì)帶來(lái)較嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。在利用3_羥基戊二酸單體與普通二元醇、或其它二元酸和二元醇共聚制備脂肪族聚酯時(shí)也會(huì)面臨這樣的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種酶催化制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，避免反應(yīng)步驟繁瑣、反應(yīng)條件苛刻的缺點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，將單體3-羥基戊二酸與其它聚合單體在脂肪酶的催化作用下，于40 120°C反應(yīng)制得含3-羥基戊二酸單元的功能聚酯；所述其它聚合單體為二元脂肪醇、或二元脂肪醇和二元脂肪酸。所述二元脂肪醇的碳鏈長(zhǎng)度為C2 C16。所述二元脂肪酸的碳鏈長(zhǎng)度為C4 C12。反應(yīng)采用溶劑為辛烷、正己烷、環(huán)己烷、甲苯、二甲苯、叔丁醇、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺或氯仿；所述溶劑與單體總量的重量比為I : 10 3 : I。具體的制備方法為將二元脂肪醇和3-羥基戊二酸按照I : 2 2 : I的摩爾比例加入反應(yīng)器中混合，加熱至40 120°C，按照所加二元脂肪醇和3-羥基戊二酸總重量100 4000U/g加入脂肪酶，加入分子篩，攪拌反應(yīng)12 96小時(shí)后，分離得到含3-羥基戊二酸單元的功能性聚酯?；蛘呔唧w的制備方法為將二元脂肪醇和3-羥基戊二酸按照I : 2 20 : I的摩爾比例加入反應(yīng)器中，同時(shí)加入二元脂肪酸以調(diào)整反應(yīng)體系中羧基和羥基的摩爾比為3 : 2 I : 1，混合并加熱至40 120°C，按照所加二元脂肪醇、3-羥基戊二酸和二元脂肪酸總重量100 4000U/g加入脂肪酶，加入分子篩，攪拌反應(yīng)12 96小時(shí)后，分離得到含3-羥基戊二酸單元的功能性聚酯。具體制備方法中，攪拌反應(yīng)采用速度為20 400rpm的磁力攪拌。分離采用反應(yīng)后加入氯仿、四氫呋喃或丙酮溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，濾液真空旋轉(zhuǎn)干燥。所述脂肪酶來(lái)源于 Candida antarctica>Thermomyces Ianuginosus>Rhizomucor miehei、Mucor miehei或豬胰腺的脂肪酶。其中加入分子篩的目的是吸附除去反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的水，使反應(yīng)平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)。本發(fā)明采用含羥基三官能度的3-羥基戊二酸作為縮合聚合反應(yīng)的單體之一，采用高效的脂肪酶作為催化劑使單體直接縮合聚合，制備含有3-羥基戊二酸單元的聚酯，縮合聚合反應(yīng)一步完成，反應(yīng)條件溫和，副產(chǎn)物較少；避免使用有毒的有機(jī)金屬催化劑。本發(fā)明的制備方法是一種反應(yīng)毒性低、環(huán)境友好的聚酯合成方法。本發(fā)明的聚酯將3-羥基戊二酸引入聚酯長(zhǎng)鏈上，因此可在聚酯的主鏈上引入了 功能基團(tuán)，從而得到含3-羥基戊二酸單元的功能性聚酯。本發(fā)明還可在單體體系中引入二元脂肪酸，二元脂肪酸可調(diào)整聚合物鏈的組成和結(jié)構(gòu)，在較大范圍內(nèi)改變含3-羥基戊二酸單元的功能性聚酯的各種性能，更好地滿足不同使用情況下的性能要求。
圖I為對(duì)比例的紅外光譜圖；圖2為實(shí)施例I的紅外光譜圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體的說(shuō)明，但并不限定本發(fā)明的技術(shù)方案，其中涉及的3-羥基戊二酸、二元脂肪酸、二元脂肪醇、脂肪酶、溶劑、分子篩均為市售產(chǎn)品。實(shí)施例I將單體丁二醇、己二酸、3-羥基戊二酸按照摩爾比15 13 2比例，加入IOOmL的圓底燒瓶中(羧基和羥基的比例為16 15)，辛烷和單體總量以3 I的質(zhì)量比例加入，按1000U/每克單體總量加入來(lái)源于Candida antarctica的脂肪酶,置于70°C油浴下,磁力攪拌速度為200rpm，加入分子篩，反應(yīng)48小時(shí)后，加入氯仿溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為17000的聚酯聚合物。實(shí)施例2將單體丁二醇、己二酸、3-羥基戊二酸按照摩爾比15 7. 5 7. 5比例加入IOOmL的圓底燒瓶中(羧基和羥基的比例為5 4)，正己烷和單體總量以3 I的質(zhì)量比例加入，按1500U/每克單體總量加入來(lái)源于Candida antarctica的脂肪酶,置于80°C油浴下,磁力攪拌速度為200rpm，加入分子篩，反應(yīng)96小時(shí)后，加入氯仿溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為5900的聚酯聚合物。實(shí)施例3將單體乙二醇、己二酸、3-羥基戊二酸按照摩爾比15 13 2比例加入IOOmL的圓底燒瓶中(羧基和羥基的比例為16 15)，環(huán)己烷和單體總量以3 I的質(zhì)量比例加入，按4000U/每克單體總量加入來(lái)源于Candida antarctica的脂肪酶,置于40°C油浴下,磁力攪拌速度為200rpm，加入分子篩，反應(yīng)48小時(shí)后，加入氯仿溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為6700的聚酯聚合物。實(shí)施例4將單體己二醇、己二酸、3-羥基戊二酸按照摩爾比15 13 4比例加入IOOmL的圓底燒瓶中(羧基和羥基的比例為I : 1)，甲苯和單體總量以3 I的質(zhì)量比例加入，按1500U/每克單體總量加入來(lái)源于Candida antarctica的脂肪酶,置于70°C油浴下,磁力攪拌速度為200rpm，加入分子篩，反應(yīng)48小時(shí)后，加入氯仿溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為17000的聚酯聚合物。實(shí)施例5將單體辛二醇、己二酸、3-羥基戊二酸按照摩爾比15 13 2比例加入IOOmL的 圓底燒瓶中(羧基和羥基的比例為16 15)，二甲苯和單體總量以3 I的質(zhì)量比例加入，按100U/每克單體總量加入來(lái)源于Candida antarctica的脂肪酶,置于80°C油浴下,磁力攪拌速度為400rpm，加入分子篩，反應(yīng)48小時(shí)后，加入氯仿溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為7900的聚酯聚合物。實(shí)施例6將單體辛二醇、己二酸、3-羥基戊二酸按照摩爾比15 2 12比例加入IOOmL的圓底燒瓶中(羧基和羥基的比例為3 2)，按1500U/每克單體總量加入來(lái)源于Candidaantarctica的脂肪酶,置于50°C油浴下,磁力攪拌速度為200rpm,加入分子篩,反應(yīng)48小時(shí)后，加入氯仿溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為8700的聚酯聚合物。實(shí)施例7將單體辛二醇、3-羥基戊二酸按照摩爾比I : I比例加入IOOmL的圓底燒瓶中，吡啶和單體總量以I : I的質(zhì)量比例加入，按2500U/每克單體總量加入來(lái)源于Candidaantarctica的脂肪酶,置于60°C油浴下,磁力攪拌速度為20rpm,加入分子篩,反應(yīng)48小時(shí)后，加入四氫呋喃溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為2100的聚酯聚合物。實(shí)施例8將單體乙二醇、己二酸、3-羥基戊二酸按照摩爾比2 I I比例加入IOOmL的圓底燒瓶中(羧基和羥基的比例為5 4)，叔丁醇和單體總量以I : 10的質(zhì)量比例加入，按2000U/每克單體總量加入來(lái)源于Candida antarctica的脂肪酶,置于60°C油浴下,磁力攪拌速度為200rpm，加入分子篩，反應(yīng)12小時(shí)后，加入丙酮溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為1700的聚酯聚合物。實(shí)施例9將單體辛二醇、己二酸、3-羥基戊二酸按照摩爾比15 13 2比例加入IOOmL的圓底燒瓶中(羧基和羥基的比例為16 15)，四氫呋喃和單體總量以I : I的質(zhì)量比例加入,按1500U/每克單體總量加入來(lái)源于Mucor miehei的脂肪酶,置于60°C油浴下,磁力攪拌速度為200rpm，加入分子篩，反應(yīng)48小時(shí)后，加入氯仿溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為2900的聚酯聚合物。
實(shí)施例10將單體辛二醇、己二酸、3-羥基戊二酸按照摩爾比15 13 2比例加入IOOmL的圓底燒瓶中(羧基與羥基的比例為16 15)，N，N-二甲基甲酰胺和單體總量以I : I的質(zhì)量比例加入，按1500U/每克單體總量加入來(lái)源于PPL的脂肪酶，置于110°C油浴下，磁力攪拌速度為200rpm，加入分子篩，反應(yīng)48小時(shí)后，加入氯仿溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為5100的聚酯聚合物。實(shí)施例11將單體乙二醇、十二烷二酸、3-羥基戊二酸按照摩爾比15 10 5比例加入IOOmL的圓底燒瓶中(羧基與羥基的比例為7 6)，氯仿和單體總量以I : 2的質(zhì)量比例加入，按1500U/每克單體總量加入來(lái)源于PPL的脂肪酶，置于40°C油浴下，磁力攪拌速度為200rpm，加入分子篩，反應(yīng)48小時(shí)后，加入氯仿溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為3000的聚酯聚合物。 實(shí)施例12將單體十六烷二醇、丁二酸、3-羥基戊二酸按照摩爾比15 9 6比例加入IOOmL的圓底燒瓶中(羧基與羥基的比例為6 5)，N，N-二甲基甲酰胺和單體總量以I : I的質(zhì)量比例加入，按1500U/每克單體總量加入來(lái)源于PPL的脂肪酶，置于120°C油浴下，磁力攪拌速度為200rpm，加入分子篩，反應(yīng)48小時(shí)后，加入氯仿溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為3400的聚酯聚合物。對(duì)比例將丁二醇、己二酸按照摩爾比I : I比例加入IOOmL的圓底燒瓶中，甲苯和單體總量以2 : I的質(zhì)量比例加入,按1000U/每克單體總量加入來(lái)源于Candida antarctica的脂肪酶，置于70°C油浴下，磁力攪拌速度為200rpm，加入分子篩，反應(yīng)48小時(shí)后，加入氯仿溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，產(chǎn)物溶液真空旋轉(zhuǎn)干燥，得分子量為24600的聚酯聚合物。產(chǎn)物分析以實(shí)施例I所制得的產(chǎn)物進(jìn)行產(chǎn)物紅外光譜分析，測(cè)試方法將被測(cè)樣品在真空干燥箱50°C下干燥24小時(shí)，用溴化鉀壓片法制樣，用德國(guó)Bruker公司VECT0R33型紅外光譜儀進(jìn)行測(cè)定。圖I是對(duì)比例所制得產(chǎn)物的紅外譜圖；圖2是實(shí)施例I所制得產(chǎn)物的紅外譜圖。對(duì)比圖I和圖2所示的紅外譜圖，發(fā)現(xiàn)在丁二醇、己二酸和3-羥基戊二酸的三元共聚物的紅外譜圖上，在3500CHT1附近出現(xiàn)了明顯的羥基吸收峰。這說(shuō)明在共聚單體中引入3-羥基戊二酸后，相應(yīng)地在聚合物分子鏈上引入了羥基，得到了帶有羥基的功能性聚酯。由此證明得到了所需的產(chǎn)物。
權(quán)利要求
1.一種制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，其特征在于將單體3-羥基戊二酸與其它聚合單體在脂肪酶的催化作用下，于40 120°C反應(yīng)制得含3-羥基戊二酸單元的功能聚酯；所述其它聚合單體為二元脂肪醇、或二元脂肪醇和二元脂肪酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，其特征在于所述二元脂肪醇的碳鏈長(zhǎng)度為C2 C16。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，其特征在于所述二元脂肪酸的碳鏈長(zhǎng)度為C4 c12。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，其特征在于反應(yīng)采用溶劑為辛烷、正己烷、環(huán)己烷、甲苯、二甲苯、叔丁醇、四氫呋喃、N, N-二甲基甲酰胺或氯仿；所述溶劑與單體總量的重量比為I : 10 3 : I。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，其特征在于具體的制備方法為將二元脂肪醇和3-羥基戊二酸按照I : 2 2 : I的摩爾比例加入反應(yīng)器中混合，加熱至40 120°C，按照所加二元脂肪醇和3-羥基戊二酸總重量100 4000U/g加入脂肪酶，加入分子篩，攪拌反應(yīng)12 96小時(shí)后，分離得到含3-羥基戊二酸單元的功能性聚酷。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，其特征在于具體的制備方法為將二元脂肪醇和3-羥基戊二酸按照I : 2 20 I的摩爾比例加入反應(yīng)器中，同時(shí)加入二元脂肪酸以調(diào)整反應(yīng)體系中羧基和羥基的摩爾比為3 : 2 I : 1，混合并加熱至40 120°C，按照所加二元脂肪醇、3-羥基戊二酸和二元脂肪酸總重量100 4000U/g加入脂肪酶，加入分子篩，攪拌反應(yīng)12 96小時(shí)后，分離得到含3-羥基戊二酸單元的功能性聚酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，其特征在于攪拌反應(yīng)采用速度為20 400rpm的磁力攪拌。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，其特征在于所述分離為反應(yīng)后加入氯仿、四氫呋喃或丙酮溶解產(chǎn)物，過(guò)濾除去脂肪酶，濾液真空旋轉(zhuǎn)干燥。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 6任一項(xiàng)所述的制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，其特征在于所述月旨肪酶來(lái)源于 Candida antarctica、Thermomyces lanuginosus、Rhizomucormiehei>Mucor miehei或豬胰腺的脂肪酶。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，將單體3-羥基戊二酸與其它聚合單體在脂肪酶的催化作用下，于40～120℃反應(yīng)制得含3-羥基戊二酸單元的功能聚酯；所述其它聚合單體為二元脂肪醇、或二元脂肪醇和二元脂肪酸。本發(fā)明采用含羥基三官能度的3-羥基戊二酸作為縮合聚合反應(yīng)的單體之一，采用高效的脂肪酶作為催化劑使單體直接縮合聚合，制備含有3-羥基戊二酸單元的聚酯，縮合聚合反應(yīng)一步完成，反應(yīng)條件溫和，副產(chǎn)物較少；避免使用有毒的有機(jī)金屬催化劑。本發(fā)明的制備方法是一種反應(yīng)毒性低、環(huán)境友好的聚酯合成方法。
文檔編號(hào)C12P7/62GK102676591SQ20121000890
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者姚大虎, 張玉清, 徐銳, 陳權(quán), 韓冬 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)