專利名稱：一種pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種PH-/溫度雙敏感淀粉衍生物及其制備方法，屬于功能高分子材料領(lǐng)域。這種淀粉衍生物基智能材料可用于藥物傳輸、傳感器、生物技術(shù)、乳化、智能催化、 分離工程等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
智能聚合物材料可在外界因素的刺激下，其自身的某些物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生相應(yīng) 突變，環(huán)境刺激因素有溫度、PH、溶液組成、離子強(qiáng)度、光強(qiáng)度、電場、應(yīng)力和磁場等，也稱為 刺激響應(yīng)、刺激敏感、環(huán)境敏感或靈巧聚合物材料。這些材料在不同領(lǐng)域已顯現(xiàn)出極誘人的 潛在應(yīng)用前景，如藥物傳輸、診斷學(xué)、組織工程、生物傳感器、涂層及紡織等領(lǐng)域。這類聚合 物中，最受人們關(guān)注的是溫度和PH敏感聚合物，因?yàn)?，溫度和pH是容易得到又便于操作的 一種刺激信號，而且是生理、生物和化學(xué)系統(tǒng)中的重要因素之一。目前，該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一為制備具有良好生物降解性和生物相容性能的pH-/ 溫度雙敏感聚合物材料，以更好地滿足生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用要求。其中，多聚糖由于價廉、 可再生、無毒、生物可降解、生物相容性好，由其作為原料制備多糖基PH-/溫度雙敏感聚 合物材料得到人們的廣泛關(guān)注。目前的多糖基PH-/溫度雙敏感聚合物材料主要制備方 法是在多糖基骨架上通過接枝溫敏合成高分子(如聚N-異丙基丙烯酰胺類高分子)和 pH-敏感合成高分子(如聚丙煉酸)(Prabaharan, M. ；Mano, J. F. Macromol. Biosci. 2006， 6，991-1008)。這樣制得的pH-/溫度雙敏感聚合物材料，雖然其骨架多糖可生物降解和生 物相容，但接枝的溫敏合成高分子和PH-敏感合成高分子部分不能降解，只能是能部分降 解的雙敏感聚合物材料。另外，目前的多糖基PH-/溫度雙敏感聚合物材料其低臨界溶解 溫度控制范圍窄，一般在 25-34°C (Prabaharan, Μ. ；Mano, J. F. Macromol. Biosci. 2006,6, 991-1008)，因此，應(yīng)用受到限制。屬于多糖的淀粉是自然界中含量豐富的天然高分子化合物，作為廉價、易得、無 毒、生物可降解、可再生的生物質(zhì)資源，其開發(fā)和應(yīng)用受到人們的廣泛重視。如果對其進(jìn)行 化學(xué)改性制備智能材料，并應(yīng)用在藥物載體、傳感器、生物技術(shù)、智能催化、分離工程等領(lǐng) 域，將具有更大的優(yōu)勢。但目前，由淀粉為原料制備PH-/溫度雙敏感材料尚未見有文獻(xiàn)報 道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物及其制備方法；目的 之二是提供一種不含溫敏和PH-敏感合成高分子的pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物；目的之三 就是提供一種低臨界溶解溫度可在10 65°C范圍內(nèi)精確調(diào)控的pH-/溫度雙敏感淀粉衍生 物。眾所周知，精確控制親水/親油平衡即可賦予水溶性高分子溫敏性能，進(jìn)一步引 入弱可電離基團(tuán)可賦予PH-敏感性能。因此，我們可利用淀粉具有很高的反應(yīng)活性(每一個葡萄糖單元上有三個可用于反應(yīng)的羥基)的特點(diǎn)，引入特定的疏水基團(tuán)和弱電離基團(tuán)，精確調(diào)節(jié)淀粉衍生物的親水/親油平衡即可制備PH-/溫度雙敏感淀粉衍生物。本發(fā)明的具體技術(shù)方案是一種PH-/溫度雙敏感淀粉衍生物是淀粉羥基中的氫 部分被-CH2CH0HCH20- (CH2CH2-O) ^Rp-CH2COOM基團(tuán)和-CH2COOR2基團(tuán)取代得到的，它具有如 下結(jié)構(gòu)通式<formula>formula see original document page 4</formula>
(1)式中S為淀粉，可選自玉米、小麥、大米、馬鈴薯、紅薯或木薯淀粉中的任何一 種，還可選自經(jīng)過硫酸、鹽酸或磷酸降解淀粉所得的降解淀粉，或經(jīng)次氯酸氧化所得的氧化 淀粉；A 為-CH2CH0HCH20-(CH2CH2-O)n-R1，其中 η = 0 14，R1 = C2_18 直鏈或支鏈烷基；B 為-CH2COOM, M = H+、Na+、K+、Li+ 或 NH4+ ；C為-CH2COOR2, R2 = C1-6的直鏈或支鏈烷基；χ, y, z 為取代度,其中 0. 1 < χ < 1. 5,0. 05 < y < 1. 5，0 < z < 0. 7。所述pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物是通過控制基團(tuán)A、B、C的取代度來調(diào)節(jié)淀粉衍 生物的親水親油平衡來獲得的PH-/溫度雙敏感性，其低臨界溶解溫度可在10 65°C范圍 變化，通過調(diào)節(jié)PH其低臨界溶解溫度還可以在5-75°C范圍變化。所述的一種pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物的制備方法的步驟如下(1)首先將淀粉，占淀粉重5% 20%的氫氧化鈉及占淀粉重量200%的水加入到 反應(yīng)器當(dāng)中，在60 90°C并攪拌反應(yīng)1小時；按縮烷基聚氧乙烯醚縮水甘油醚和淀粉質(zhì)量 比為0.15 4 1，滴加烷基聚氧乙烯醚縮水甘油醚，在60 80°C攪拌反應(yīng)5-8小時；鹽 酸中和，過濾，并用重量百分?jǐn)?shù)為90%的丙酮洗滌至無氯離子、干燥獲得改性淀粉I備用。(2)將氯乙酸和氫氧化鈉，按氯乙酸和氫氧化鈉摩爾比為1 1，分散于含異丙醇 的反應(yīng)器中，30 50°C攪拌反應(yīng)0. 5 1小時，然后按烷基聚氧乙烯醚縮水甘油醚與氯乙 酸質(zhì)量比為1 0.01 3加入到干燥獲得的改性淀粉I中，在40 80°C攪拌反應(yīng)5 8 小時，用鹽酸中和至中性，產(chǎn)物用含水甲醇洗滌數(shù)次，干燥獲得改性淀粉II備用。(3)將改性淀粉 II 分散于溶劑中，按 η(-CH2COONa) η(R2X) = 1 0.0015 1， 加入鹵代烷，在60 100°C反應(yīng)4 24小時后，用丙酮析出，過濾，濾餅用丙酮洗滌三次，干 燥，得到PH-/溫度雙敏感淀粉衍生物。所述溶劑選自N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、二甲亞砜。上述的pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物是通過控制基團(tuán)A、B、C的取代度來調(diào)節(jié)淀粉 衍生物的親水親油平衡來獲得的PH-/溫度雙敏感性，其低臨界溶解溫度可在10 65°C范 圍變化，通過調(diào)節(jié)PH其低臨界溶解溫度還可以在5-75°C范圍變化。該類新型淀粉衍生物除 了具有PH-/溫度雙敏感性能外，由于淀粉鏈上既有弱電離基團(tuán)又有疏水基團(tuán)，還具有很好 的表面活性以及流變學(xué)性能。本發(fā)明的有益效果是這種pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物綜合了淀粉和pH-/溫度 雙敏感高分子的優(yōu)點(diǎn)，性能優(yōu)異，與目前的多糖基溫敏PH-/溫度雙敏感高分子相比價廉、 生物相容性好、毒性小、降解性能出色，為藥物控釋/緩釋、生物分離等領(lǐng)域提供一種更為 安全的溫敏高分子，而且其LCST可通過調(diào)節(jié)淀粉鏈上若電離基團(tuán)和疏水基團(tuán)的取代度來 方便地調(diào)控。該方法制備的PH-/溫度雙敏感淀粉衍生物可應(yīng)用在制藥領(lǐng)域，可作為藥物載體，具有溫敏受控緩釋功能，還可用在其他生物醫(yī)藥領(lǐng)域。在分離工程領(lǐng)域可用作疏水性客 體分子的分離。在化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域，可作為溫控相轉(zhuǎn)移反應(yīng)載體。因其良好的表面活性和流 變學(xué)性能，該溫敏淀粉還具有增稠、乳化、分散的功能，可廣泛應(yīng)用于日用化工行業(yè)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 首先將5克淀粉，1克氫氧化鈉，15毫升水分加入到100毫升三口瓶中，加熱攪拌 至80°C反應(yīng)lh。然后滴加丁氧基聚乙烯基(聚合度η = 1)醚縮水甘油醚0.5克，反應(yīng)5小 時。反應(yīng)完畢，用鹽酸中和至中性，使用重量百分?jǐn)?shù)為90%的丙酮水溶液洗滌產(chǎn)品，干燥備 用。在100毫升三口瓶中加入氯乙酸6克，固體氫氧化鈉2. 5克，30毫升異丙醇攪拌30分 鐘后，加入上述制備的淀粉產(chǎn)物5克，繼續(xù)攪拌30分鐘后，補(bǔ)加固體氫氧化鈉3克，40°C反 應(yīng)4. 5小時。反應(yīng)完畢，冷卻到室溫，用冰乙酸中和至中性，產(chǎn)物用含水甲醇洗滌數(shù)次。干 燥備用。將2克上述方法制備的淀粉產(chǎn)物加入到含25毫升的無水二甲基亞砜的100毫升 三口瓶中，并加入碘代正丁烷lg，100°C攪拌反應(yīng)5小時后，冷卻。將產(chǎn)物用丙酮析出，用50 毫升，使用重量百分?jǐn)?shù)為90%的丙酮水溶液洗滌產(chǎn)品，干燥的產(chǎn)物。實(shí)施例2 首先將10克酸解淀粉，2克氫氧化鈉，30毫升水分加入到100毫升三口瓶中，力口 熱攪拌至80°C反應(yīng)lh。然后滴加甲氧基聚乙烯基醚(聚合度η = 2)縮水甘油醚3克，反 應(yīng)5小時。反應(yīng)完畢，用鹽酸中和至中性，使用重量百分?jǐn)?shù)為90%的丙酮水溶液洗滌產(chǎn)品， 干燥備用。在100毫升三口瓶中加入氯乙酸3克，固體氫氧化鈉1. 5克，30毫升異丙醇攪 拌30分鐘后，加入前面制備的淀粉產(chǎn)物5克，繼續(xù)攪拌30分鐘后，補(bǔ)加固體氫氧化鈉3克， 40°C反應(yīng)4. 5小時。反應(yīng)完畢，冷卻到室溫，用冰乙酸中和至中性，產(chǎn)物用含水甲醇洗滌數(shù) 次。干燥備用。將3克上述方法制備的淀粉產(chǎn)物加入到含25毫升的無水N，N-二甲基甲酰 胺的100毫升三口瓶中，加入碘代正辛烷，100°C攪拌反應(yīng)5小時后，冷卻。將產(chǎn)物用丙酮析 出，用50毫升，使用重量百分?jǐn)?shù)為90 %的丙酮水溶液洗滌產(chǎn)品，干燥的產(chǎn)物。實(shí)施例3 首先將10克酸解淀粉，2克氫氧化鈉，30毫升水分加入到100毫升三口瓶中，加熱 攪拌至80°C反應(yīng)lh。然后滴加甲氧基聚乙烯基醚(聚合度η = 14)縮水甘油醚3克，反 應(yīng)5小時。反應(yīng)完畢，用鹽酸中和至中性，使用重量百分?jǐn)?shù)為90%的丙酮水溶液洗滌產(chǎn)品， 干燥備用。在100毫升三口瓶中加入氯乙酸3克，固體氫氧化鈉1. 5克，30毫升異丙醇攪 拌30分鐘后，加入前面制備的淀粉產(chǎn)物5克，繼續(xù)攪拌30分鐘后，補(bǔ)加固體氫氧化鈉3克， 40°C反應(yīng)4. 5小時。反應(yīng)完畢，冷卻到室溫，用冰乙酸中和至中性，產(chǎn)物用含水甲醇洗滌數(shù) 次。干燥備用。將3克上述方法制備的淀粉產(chǎn)物加入到含25毫升的無水N，N-二甲基甲酰 胺的100毫升三口瓶中，加入碘代十二烷，100°C攪拌反應(yīng)5小時后，冷卻。將產(chǎn)物用丙酮析 出，用50毫升，使用重量百分?jǐn)?shù)為90%的丙酮水溶液洗滌產(chǎn)品，干燥的產(chǎn)物。
權(quán)利要求
一種pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物，其特征在于該淀粉衍生物是淀粉羥基中的氫部分被-CH2CHOHCH2O-(CH2CH2-O)n-R1、-CH2COOM基團(tuán)和-CH2COOR2基團(tuán)取代得到的，它具有如下結(jié)構(gòu)通式S-(A)x(B)y(C)z(1)(1)式中S為淀粉，可選自玉米、小麥、大米、馬鈴薯、紅薯或木薯淀粉中的任何一種，還可選自經(jīng)過硫酸、鹽酸或磷酸降解淀粉所得的降解淀粉，或經(jīng)次氯酸氧化所得的氧化淀粉；A為-CH2CHOHCH2O-(CH2CH2-O)n-R1，其中n＝0～14，R1＝C2-18直鏈或支鏈烷基；B為-CH2COOM，M＝H+、Na+、K+、Li+或NH4+；C為-CH2COOR2，R2＝C1-6的直鏈或支鏈烷基；x，y，z為取代度，其中0.1＜x＜1.5，0.05＜y＜1.5，0＜z＜0.7。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物，其特征在于所述pH-/溫 度雙敏感淀粉衍生物是通過控制基團(tuán)A、B、C的取代度來調(diào)節(jié)淀粉衍生物的親水親油平衡 來獲得的PH-/溫度雙敏感性，其低臨界溶解溫度可在10 65°C范圍變化，通過調(diào)節(jié)pH其 低臨界溶解溫度還可以在5-75°C范圍變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物的制備方法，其特征在于 該制備方法步驟如下(1)首先將淀粉，占淀粉重5% 20%的氫氧化鈉及占淀粉重量200%的水加入到反應(yīng) 器當(dāng)中，在60 90°C并攪拌反應(yīng)1小時；按縮烷基聚氧乙烯醚縮水甘油醚和淀粉質(zhì)量比為 0.15 4 1，滴加烷基聚氧乙烯醚縮水甘油醚，在60 80°C攪拌反應(yīng)5-8小時；鹽酸中 和，過濾，并用重量百分?jǐn)?shù)為90%的丙酮洗滌至無氯離子、干燥獲得改性淀粉I備用。(2)將氯乙酸和氫氧化鈉，按氯乙酸和氫氧化鈉摩爾比為1 1，分散于含異丙醇的反 應(yīng)器中，30 50°C攪拌反應(yīng)0. 5 1小時，然后按烷基聚氧乙烯醚縮水甘油醚與氯乙酸質(zhì) 量比為1 0.01 3加入到干燥獲得的改性淀粉I中，在40 80°C攪拌反應(yīng)5 8小時， 用鹽酸中和至中性，產(chǎn)物用含水甲醇洗滌數(shù)次，干燥獲得改性淀粉II備用。(3)將改性淀粉II分散于溶劑中，按n(-CH2C00Na) n(R2X) = 1 0. 0015 1，加入 鹵代烷，在60 100°C反應(yīng)4 24小時后，用丙酮析出，過濾，濾餅用丙酮洗滌三次，干燥， 得到pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物的制備方法，其特征在于 所述溶劑選自N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺、二甲亞砜。
全文摘要
一種pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物及其制備方法，屬于功能高分子材料領(lǐng)域。這種pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物的制備方法可分為三步首先通過淀粉和烷基聚氧乙烯醚縮水甘油醚反應(yīng)引入-CH2CHOHCH2O-(CH2CH2-O)n-R1基團(tuán)；再進(jìn)一步與氯乙酸反應(yīng)引入-CH2COOM基團(tuán)；然后與含C1-6的鹵代烷反應(yīng)，引入基團(tuán)-CH2COOR2，得到pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物。該pH-/溫度雙敏感淀粉衍生物綜合了淀粉和pH-/溫度雙敏感聚合物材料的優(yōu)點(diǎn)，即具有價廉、生物相容性好、毒性小、可降解、pH-/溫度雙敏性能等特點(diǎn)。
文檔編號C08B31/08GK101830992SQ20101014131
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月3日
發(fā)明者具本植, 張淑芬, 楊錦東, 鄢冬茂 申請人:大連理工大學(xué)