CN101367921A - 一种丙交酯开环合成聚乳酸的方法 - Google Patents

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张欣荣
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Abstract

本发明涉及高分子化学技术领域，是一种生物医用降解性材料聚乳酸的制备方法，目前用于丙交酯开环合成聚乳酸的催化剂，公认为催化效率最好的是辛酸亚锡，但会造成聚乳酸中的金属残留。本发明公开了一种氨基酸催化丙交酯开环合成聚乳酸的方法。本发明以无毒、无金属、人体所需的氨基酸作为丙交酯开环聚合的催化剂，避免了使用金属催化剂，制备的聚乳酸无金属化合物残留。所得到的聚乳酸适宜用作药物控释载体和组织工程材料。

Description

一种丙交酯开环合成聚乳酸的方法
技术领域
本发明涉及高分子化学技术领域，是一种生物医用降解性材料聚乳酸的制备方法，具体涉及使用氨基酸催化丙交酯开环合成聚乳酸的方法。
背景技术
聚乳酸(PLA)是一类可降解的生物医用高分子材料。聚乳酸具有优良的生物降解性、生物相容性和生物安全性，其降解产物乳酸可参与人体内糖代谢，无残留，安全无毒，作为药物控制释放载体、手术缝合线、组织工程支架材料和骨修复材料等在生物医学领域有着广泛的研究和应用。聚乳酸的制备方法，通用的是采用本体聚合方法，以丙交酯为单体，使用催化剂，在一定的反应条件下，使丙交酯发生开环聚合反应生成聚乳酸。丙交酯有L，L-丙交酯(LLA，又称左旋丙交酯)、D，D-丙交酯(DLA，又称右旋丙交酯)和D，L-丙交酯(DLLA，又称内消旋丙交酯)三种立体异构体。
目前用于丙交酯开环合成聚乳酸的催化剂，公认为催化效率最好的是辛酸亚锡(Kricheldorf H R，et al，Polylactones 48.SnOct2-initiated polymerizationof lactide：A mechanistic study，Macromolecules，2000，33，702.)，其反应路线如下：
Figure A200810200784D00031
但在上述聚合反应过程中无法将金属催化剂从合成聚合物中彻底去除，致使聚合物中不可避免地残留金属化合物，而且根据研究辛酸亚锡具有细胞毒性(Saunders I K，et al，Polylactones，39.Zn lactate-catalyzed copolymerization ofL-lactide with glycolide or ε-caprolactone，Macromol.Chem.Phys，1998，199，1081；Schwarch G，et al，Ring opening polymerization of D，L-lactide in the presence ofzinc metal and zinc lactate.Polym.Int，1998，46，177.)，这使得将此类材料作为医药用材料，特别是较长期(长期服用药物的载体、植入性医用材料等)使用这类材料带来不安全性隐患。
生物医用材料的体内安全性要求用于该领域的聚乳酸没有金属化合物残留。最近的研究结果表明一些非金属化合物如肌酐、胍类化合物等均可催化丙交酯开环聚合反应，避免聚乳酸材料中残留金属化合物的可能性。
(Chenhong Wang，et al，Ring opening polymerization of L-lactide initiated bycreatinine，Biomaterials，2004，25，5797；Hong Li，et al，Living Ring OpeningPolymerization of Lactides Catalyzed by Guanidinium Acetate，J.Polym.Sci.PartA：Polym.Chem，2004，42，3775)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种丙交酯开环合成聚乳酸的方法，该方法可以获得无金属化合物残留，且产率≥90％的聚乳酸。
本发明是采用本体聚合方法，以无毒、无金属、人体所需的氨基酸为催化剂，以丙交酯为单体，二者混合物在反应温度为140-200℃，真空保护条件下，反应24～96小时，丙交酯发生开环聚合反应生成聚乳酸。
上述丙交酯较佳的是L，L-丙交酯或D，L-丙交酯，也可以是D，D-丙交酯。
上述氨基酸可以是精氨酸或组氨酸，各种构型均可。
上述反应温度最佳为160℃。
上述反应时间最佳为48小时。
本发明的具体技术方案：将丙交酯(D，L-丙交酯或L，L-丙交酯)和氨基酸按摩尔比(50～1000)：1投入反应器中，抽真空脱除空气后再充以高纯氮气(纯度>99.9999为高纯)，如此重复三次，最后真空下关闭反应器。将反应器在搅拌下缓慢升温，然后在恒定温度下140～200℃，反应24～96小时，停止反应后，将聚合物用丙酮溶解，然后倒入去离子水中沉淀，滤除水相后沉淀在室温下真空干燥24～72小时，得到白色或淡黄色固体，即为所合成生物降解聚合物PLA。
以四氢呋喃为溶剂，μ-Styragel填充柱，35℃下以Agilent-1100凝胶色谱仪测定所合成聚合物分子量，(以单分散性聚苯乙烯为标样并经普适值校正)。所合成聚合物分子量可控制在Mw＝1.0～2.0×104，分子量分布指数(PDI)在1.20～1.60，产率≥90％，产品为白色或淡黄色。
由于本发明使用简单易得的人体所需氨基酸作为丙交酯开环聚合的催化剂，避免了使用金属催化剂，制备的聚乳酸无金属化合物残留。本发明所用催化剂具有廉价、易得、稳定、生物安全性等优点。使用本发明方法所得聚乳酸的产率≥90％。
用本发明方法制得的聚乳酸适宜用作药物控释载体和组织工程材料。
具体实施方式
实施例1：
在反应釜中装入14.4克的丙交酯，按单体：催化剂＝100：1(摩尔比)加入精氨酸174毫克。将反应釜抽真空，然后用氮气置换重复操作三次，真空下关闭反应器，将反应釜缓慢加热，在恒定温度下160℃反应48小时。停止反应后，将反应釜冷至室温，然后加入丙酮溶解釜内聚合物。然后加入去离子水，将聚合物沉淀出来。滤除水相，最后将沉淀置于真空干燥箱中，在40℃真空干燥48小时，得到白色粉末状固体，产率92％。聚合物分子量为1.0～1.5×104，PDI≤1.50。
实施例2：
在反应釜中装入14.4克的丙交酯，按单体：催化剂＝50：1(摩尔比)加入精氨酸348毫克。反应温度下140℃反应96小时。产率91％，聚合物分子量为1.0～1.2×104，PDI≤1.40。其余同实施例1。
实施例3
在反应釜中装入14.4克的丙交酯，按单体：催化剂＝100：1(摩尔比)加入组氨酸155毫克。将反应釜抽真空，然后用氮气置换重复操作三次，真空下关闭反应器，将反应釜缓慢加热，在恒定温度下160℃反应72小时。停止反应后，将反应釜冷至室温，然后加入丙酮溶解釜内聚合物。然后加入去离子水，将聚合物沉淀出来。滤除水相，最后将沉淀置于真空干燥箱中，在40℃真空干燥48小时，得到淡黄色粉末状固体，产率94％。聚合物分子量为1.0～1.5×104，PDI≤1.40。
实施例4：
在反应釜中装入14.4克的丙交酯，按单体：催化剂＝500：1(摩尔比)加入组氨酸31毫克。反应温度下200℃反应24小时。产率92％。聚合物分子量为1.8～2.0×104，PDI≤1.60。其余同实施例3。

Claims (4)

1.一种丙交酯开环合成聚乳酸的方法，其特征在于以氨基酸为催化剂，将丙交酯和氨基酸按摩尔比(50～1000)：1投入反应器中，真空条件下，反应温度为140-200℃，反应24～96小时。
2.根据权利要求1所述的一种丙交酯开环合成聚乳酸的方法，其特征在于氨基酸为精氨酸或组氨酸。
3.根据权利要求1或2所述的一种丙交酯开环合成聚乳酸的方法，其特征在于反应温度为160℃。
4.根据权利要求1或2所述的一种丙交酯开环合成聚乳酸的方法，其特征在于反应时间为48小时。
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