專利名稱：一種制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備含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制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，屬于功能材料技術領域。
背景技術：
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性能而倍受青睞。但是由于傳統的脂肪族聚酯缺少與細胞相互作用的親水極性基團，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細胞在其上的粘附和鋪展，提高生物相容性；另 一方面面可通過改變主鏈結構和官能團的含量調節降解速率。需要特別指出的是可以通過這些活性基團將藥物、蛋白質、多肽等具有生物特異活性的分子利用化學鏈接的方法固定到材料上，從而引發特異性的細胞反應，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。一般用有機金屬化合物為催化劑制備功能聚酯時，在脂肪族聚酯中引入羥基、羧基或氨基等極性基團時一般需用到多官能度單體，需要對其羥基、羧基或氨基基團進行化學保護，然后進行催化聚合，最后脫去保護基團，得到目標聚合物。反應步驟較多，收率較低，反應需要苛刻的高溫、高真空條件，成本也就比較高。另一方面，由于反應過程中不得不使用大量有機溶劑和有毒的有機金屬催化劑，故會帶來較嚴重的環境污染問題。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也會面臨這樣的問題。

發明內容
本發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，避免反應步驟繁瑣、反應條件苛刻的缺點。為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是一種制備含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度為C2 C16。所述二元脂肪酸的碳鏈長度為C4 C12。反應采用溶劑為辛烷、正己烷、環己烷、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12 96小時后，分離得到含3-羥基戊二酸單元的功能性聚酯。或者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器中，同時加入二元脂肪酸以調整反應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12 96小時后，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，攪拌反應采用速度為20 400rpm的磁力攪拌。分離采用反應后加入氯仿、四氫呋喃或丙酮溶解產物，過濾除去脂肪酶，濾液真空旋轉干燥。所述脂肪酶來源于 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過程中產生的水，使反應平衡向產物方向移動。本發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，縮合聚合反應一步完成，反應條件溫和，副產物較少；避免使用有毒的有機金屬催化劑。本發明的制備方法是一種反應毒性低、環境友好的聚酯合成方法。本發明的聚酯將3-羥基戊二酸引入聚酯長鏈上，因此可在聚酯的主鏈上引入了 功能基團，從而得到含3-羥基戊二酸單元的功能性聚酯。本發明還可在單體體系中引入二元脂肪酸，二元脂肪酸可調整聚合物鏈的組成和結構，在較大范圍內改變含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為對比例的紅外光譜圖；圖2為實施例I的紅外光譜圖。
具體實施例方式以下結合具體實施例對本發明作具體的說明，但并不限定本發明的技術方案，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、分子篩均為市售產品。實施例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的質量比例加入，按1000U/每克單體總量加入來源于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48小時后，加入氯仿溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為17000的聚酯聚合物。實施例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的質量比例加入，按1500U/每克單體總量加入來源于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96小時后，加入氯仿溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為5900的聚酯聚合物。實施例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)，環己烷和單體總量以3 I的質量比例加入，按4000U/每克單體總量加入來源于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48小時后，加入氯仿溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為6700的聚酯聚合物。實施例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的質量比例加入，按1500U/每克單體總量加入來源于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48小時后，加入氯仿溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為17000的聚酯聚合物。實施例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的質量比例加入，按100U/每克單體總量加入來源于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48小時后，加入氯仿溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為7900的聚酯聚合物。實施例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48小時后，加入氯仿溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為8700的聚酯聚合物。實施例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的質量比例加入，按2500U/每克單體總量加入來源于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48小時后，加入四氫呋喃溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為2100的聚酯聚合物。實施例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的質量比例加入，按2000U/每克單體總量加入來源于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12小時后，加入丙酮溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為1700的聚酯聚合物。實施例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的質量比例加入,按1500U/每克單體總量加入來源于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48小時后，加入氯仿溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為2900的聚酯聚合物。
實施例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的質量比例加入，按1500U/每克單體總量加入來源于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48小時后，加入氯仿溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為5100的聚酯聚合物。實施例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的質量比例加入，按1500U/每克單體總量加入來源于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48小時后，加入氯仿溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為3000的聚酯聚合物。 實施例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的質量比例加入，按1500U/每克單體總量加入來源于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48小時后，加入氯仿溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為3400的聚酯聚合物。對比例將丁二醇、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的質量比例加入,按1000U/每克單體總量加入來源于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48小時后，加入氯仿溶解產物，過濾除去脂肪酶，產物溶液真空旋轉干燥，得分子量為24600的聚酯聚合物。產物分析以實施例I所制得的產物進行產物紅外光譜分析，測試方法將被測樣品在真空干燥箱50°C下干燥24小時，用溴化鉀壓片法制樣，用德國Bruker公司VECT0R33型紅外光譜儀進行測定。圖I是對比例所制得產物的紅外譜圖；圖2是實施例I所制得產物的紅外譜圖。對比圖I和圖2所示的紅外譜圖，發現在丁二醇、己二酸和3-羥基戊二酸的三元共聚物的紅外譜圖上，在3500CHT1附近出現了明顯的羥基吸收峰。這說明在共聚單體中引入3-羥基戊二酸后，相應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物。
權利要求
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.根據權利要求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度為C2 C16。
3.根據權利要求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度為C4 c12。
4.根據權利要求I所述的制備含3-羥基戊二酸單元聚酯的方法，其特征在于反應采用溶劑為辛烷、正己烷、環己烷、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.根據權利要求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12 96小時后，分離得到含3-羥基戊二酸單元的功能性聚酷。
6.根據權利要求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器中，同時加入二元脂肪酸以調整反應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12 96小時后，分離得到含3-羥基戊二酸單元的功能性聚酯。
7.根據權利要求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采用速度為20 400rpm的磁力攪拌。
8.根據權利要求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后加入氯仿、四氫呋喃或丙酮溶解產物，過濾除去脂肪酶，濾液真空旋轉干燥。
9.根據權利要求I 6任一項所述的制備含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源于 Candida antarctica、Thermomyces lanuginosus、Rhizomucormiehei>Mucor miehei或豬胰腺的脂肪酶。
全文摘要
本發明公開了一種制備含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，縮合聚合反應一步完成，反應條件溫和，副產物較少；避免使用有毒的有機金屬催化劑。本發明的制備方法是一種反應毒性低、環境友好的聚酯合成方法。
文檔編號C12P7/62GK102676591SQ20121000890
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者姚大虎, 張玉清, 徐銳, 陳權, 韓冬 申請人:河南科技大學