1、药用高分子考试资料Chap.2 高分子化学 介绍常见的聚合反应及聚合物的化学反应 了解高分子反应的类型，特征聚合反应由低分子单体合成聚合物的反应称为聚合反应1. 按单体和聚合物在元素组成和结构上的变化 加聚反应 （Additive Polymerization）-单体经过加成聚合起来的反应 特征：（1）单体必须是含有双键等不饱和键的化合物。例如，氯乙烯、丙烯腈等含不饱和键的物质。（2）加聚反应发生在不饱和键上。（3）发生加聚反应的过程中，没有副产物产生，得到的高聚物的化学组成跟单体的化学组成相同（4）加聚反应生成的高聚物分子质量为单体整数倍。 缩聚反应 (Condensation polyme
2、rization)-单体间通过聚合，脱去小分子（如水、氨、卤化氢等 ），聚合成高分子的反应 特征：（1）单体不一定含有不饱和键，但必须含有两个或两个以上的反应基团（如OH、COOH、NH2、X等）（2）缩聚反应的结果，不仅生成高聚物，而且还有副产物分子生成。（3）所得高分子化合物的化学组成跟单体的化学组成不同。2. 按照聚合物机理的不同 链锁聚合(chain reaction polymerization) -链引发，链增长，链终止等基元反应组成特征：（1）瞬间形成分子量很高的聚合物（2）反应需要活性中心 自由基聚合，阳离子聚合，阴离子聚合 聚合反应 逐步聚合(step reaction po
3、lymerization)-大分子的形成是逐步进行的特征：（1）反应早期, 单体很快转变成二聚体、三聚体、四聚体等中间产物，以后反应在这些低聚体之间进行（2）聚合体系由单体和分子量递增的中间产物所组成（3）大部分的缩聚反应（ 应含有低分子副产物生成）都属于逐步聚合， （4）单体通常是含有官能团的化合物 另外：开环聚合，异构化聚合，氢转移聚合，成环聚合自由基聚合反应 自由基的产生：光，热， 高能辐射（，），引发剂引发剂的种类a,在聚合条件下引发自由基，引发单体进行自由基聚合b,在聚合条件下分解出阴离子或阳离子引发单体进行阴离子或阳离子聚合 热解型引发剂 由于受热在弱键处均裂而生成初级自由基的化合
4、物偶氮类：偶氮二异丁腈， 使用温度： 45 65 特点： 分解均匀，只形成一种自由基，无副反应，比较稳定，安全， 无毒过氧化物类：过氧化苯甲酰, 使用温度： 60 80 特点：引发效率高，储藏安全，无毒应用：油溶性引发剂，常用于本体聚合，悬浮聚合，溶液聚合 氧化还原型引发剂 在过氧化物类引发剂中加入少量的还原剂所组成的体系 降低氧化剂的活化能，从而提高引发聚合速度，降低聚合温度（050）减少副反应 如： 对水溶性引发剂：亚铁盐，亚硫酸盐 对油溶性引发剂：烷酸亚铁盐，叔胺 引发剂的选择 本体聚合，悬浮聚合和有机溶液聚合选择偶氮类和过氧化物类油溶性引发剂 乳液聚合和水溶液聚合选择过硫酸盐引发剂 根
5、据聚合温度选择活化能或半衰期适当的引发剂 一般60下，t1/21h 高活性引发剂 1ht1/26h 低活性引发剂 自由基聚合反应机理 链引发 链增长 链终止 链转移 阻聚反应 链引发 引发剂形成活性中心的反应 活化能(E) 105150 KJ/mol初级自由基与单体加成 活化能（E）2034 KJ/mol 链增长：由于活化能低反应瞬间进行 链终止：两个自由基相互结合（偶合终止）和链自由基夺走另一个自由基的氢（歧化终止） 链转移：链自由基从单体，引发剂，溶剂等其他分子夺取一个原子形成稳定的大分子 阻聚反应：自由基和某些物质反应形成稳定的分子或自由基 自由基共聚合 由两种或两种以上单体共同参加的聚
6、合反应（copolymerization)得共聚物（copolymer) 自由基做引发剂时，称自由基共聚合二元共聚物的类型有： 无规聚合(random copolymerization) 交替聚合(alternating copolymerization) 嵌段共聚(block copolymerization) 接枝共聚(graft copolymerization)（1）无序（规）共聚物（random copolymer) 两种单体单元的排列没有一定顺序，A单体单元相邻的单体单元是随机的，可以是A单体单元，也可以是B单体单元。 AAABAABAABBABABAAB这类共聚物命名时，常以单体
7、名称间加“-”或“/”加后缀共聚物，如： 乙烯-丙烯共聚物（2）交替共聚物（alternating copolymer) 两单体单元在分子链上有规律地交替排列，A单体单元相邻的肯定是B单体单元。 ABABABABABABABABABABABAB命名与无规共聚物类似，但在后缀“共聚物”前加“交替”，如：苯乙烯-马来酸酐交替共聚物（3）嵌段共聚物（block copolymer) 两单体单元在分子链上成段排列。 AAAAAAAAAAAAABBBBBBBBBBBBB 若含一段A链与一段B链，如AAAAAAA-BBBBBBBBBB，称AB型二嵌段共聚物；如果是由一段A链接一段B链再接一段A链，如AAA
8、AAA-BBBBB-AAAAAAA，则称ABA型三嵌段共聚物；若由多段A链和多段B链组成，则称(AB)n型多嵌段共聚物。（4）接枝共聚物（graft copolymer) 以其中一单体组成的长链为主链，另一单体组成的链为侧链（支链）与之相连。命名时常以主链聚合物的名称“接枝”支链聚合物名称离子型聚聚合链增长活性中心为离子的聚合反应阳离子型，阴离子型，配位离子型聚合阴离子共聚合最重要的应用是利用其活性聚合特性合成苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）三嵌段共聚物配位共聚反应开环聚合Ringopeningpolymerization 环状化合物单体经过开环反应转变成线型聚合物的反应 特征：（1）开环聚合
9、最大特点是聚合前后化学键的性质不发生变化，而仅仅是键的空间位置有了改变。（2）就其化学结构来说开环聚合产物和单体组成相同（3）反应条件较为温和；副反应比缩聚反应少，易于得到高分子量聚合物 第四节.开环聚合环状单体在引发剂或催化剂的作用下开环，生成线形大分子化合物的聚合反应一.开环聚合的反应特征聚合反应的通式n R X -R-X-n-X = O, N, P, S, Si, -CH=CH-, -COO-, -CONH-1.开环聚合反应机理单体聚合类型单体示例环氧化物阳离子、阴离子、配位负离子环氧丁烷阳离子 3，3-双（氯甲基）环氧丁烷四氢呋喃 阳离子 四氢呋喃噻丙环阳离子、阴离子、配位负离子硫化丙
10、烯噻丁环阳离子、阴离子噻丁环丙啶阳离子乙撑亚胺环缩醛 阳离子二氧五环、三聚甲醛环酯阳离子、阴离子、配位负离子b-丙内酯、e-己内酯环酰胺阳离子、阴离子、水解聚合己内酰胺 缩聚反应 含有两个或两个以上的官能度（degree of functionality) 的单体分子间逐步聚合形成聚合物, 同时析出低分子副产物的化学反应。 低分子，如： 水、氨、醇、卤化氢等。 其生成的聚合物( 缩聚物) 成分与单体不同。 种类：-按生成聚合物的结构不同 线型缩聚反应：参加反应的单体具有两个官能度， 单体分子间官能团相互反应脱去小分子沿着两个方向增长成大分子， 得线型聚合物。 体型缩聚反应：参加反应的单体中至少
11、有一种带有三个以上的官能度， 则可沿三个方向增长成大分子， 形成支链聚合物。支链间又缩合并联成网状结构，得体型高分子 线型缩合反应的特点 （1） 逐步性 线型缩聚的单体必须带有两个官能团，缩聚大分子的生长是由于官能团相互反应的结果。如以aAa代表二元醇，bBb代表二元羧酸，它们相互作用生成聚酯的反应过程如下： 首先是两种单体分子相互作用成二聚体(羟基酸)。 然而，二聚体同单体作用生成三聚体或二聚体之间相互作用生成四聚体 三聚体和四聚体还可以相互反应、自身反应或与单休、二聚体反应，含羟基的任何聚体和含羧基的任何聚体都可以进行缩聚反应，通式如下： 线型缩合反应的特点 （2 ） 成环性: 2 官能
12、团 体系是线型缩聚的必要条件，但不是充分条件，尚须考虑单体的成环倾向问题 以- 羟基酸HO(CH2)nCOOH 合成聚酯为例。n 1 时，经双分子缩合后。易成六元环。 线型缩合反应的分子量的控制 反应程度（p）：参加反应的官能团数(N 0N)占起始官能团数N0的分率，如果将大分子中结构单元数定义为聚合度 ，则聚合度与反应程度的关系。因此，表明聚合度随反应程度而增加 聚合方法 本体聚合：单体本身加少量引发剂（甚至不加）的聚合溶液聚合：单体和引发剂溶于适当溶剂中的聚合悬浮聚合：单体以液滴状悬浮于水中的聚合乳液聚合：单体在水中分散成乳液状而进行的聚合 聚合物的化学反应 聚合物分子链上的原子或基团的反
13、应（1）基团反应：侧基，端基的化学反应。聚合度基本不变。（2）交联反应：高分子链间成键。聚合度变大（3）降解反应：高分子链断裂而发生解聚，无规断裂。其聚合度变小 聚合物的降解反应 热降解 解聚：在高温条件下，大分子链末端生成一个活性较低的自由基，然后按链锁机理逐一脱去单体。 无规断裂 取代基的消除 聚合物的降解反应 其它降解 光降解 机械降解 化学试剂降解 聚合物的降解反应 生物降解 化学降解 物理降解 聚合物的老化与防老化 老化 防老化 Chap.3高分子材料的物理化学性质 高分子溶液的理化性质 溶解 溶胀 凝胶化 转变 粘弹性 力学强度 渗透性 溶胀与溶解 高分子的溶解过程包括溶胀与溶解-
14、溶胀：溶剂分子扩散进入高分子内部，使体积增大的过程 非晶态聚合物：分子间堆砌比较松散， 分子间作用力较弱，溶剂分子比较容易深入聚合物内部使发生溶胀或溶解。 晶态聚合物：聚合物分子间排列规整，堆砌紧密，分子间相互作用力较强，溶剂分子较难渗入晶态聚合物中。 Question: 非极性晶态聚合物为什么加热到一定程度后才能溶解？极性晶态聚合物？ 分子量相同的同种化学类型聚合物，支化的比线性的更易溶解？ 交链聚合物不会溶解只能溶胀？ 市售药用高分子材料？ - 聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠溶液的配制（冷水湿润，分散，加热溶解）。 - 羟丙甲纤维素溶液的配制（冷水溶解）。 溶剂的选择 溶度参数相近的原则-对于非
15、极性非晶态聚合物及弱极性物质，选择溶度参数与聚合物相近的溶剂，则聚合物能溶解。-混合溶剂：溶度参数 混= 11+ 22 极性相似相溶原则-非晶态极性聚合物要求溶剂参数接近，溶剂的极性和聚合物的极性接近才溶 溶剂化原则-溶剂和溶质相接触时，分子间产生相互作用，此作用力大于溶质分子内聚力，从而使溶质分子分离，并溶于溶剂中。 一些高分子的极性分类 弱亲电子性高分子给电子性高分子强电子性高分子及氢键高分子聚氯乙烯聚碳酸酯聚丙烯酸聚乙烯聚醚聚丙烯腈聚丙烯聚酰胺聚乙烯醇聚四氟乙烯 一些溶剂的极性分类 弱亲电子性溶剂给电子性溶剂强亲电子、氢键型溶剂正己烷乙醚2-乙基己醇正辛烷醋酸乙酯己醇环己烷四氢呋喃正丁醇
16、四氯化碳丁酮乙腈甲苯乙醛乙醇三氯甲烷环己酮乙酸二氯乙烷丙酮甲酸二氯甲烷二氧六环苯酚二硫化碳二甲基甲酰胺水 凝胶 凝胶：聚合物分子间相互连接，形成空间网状结构，而在网状结构的空隙中又填充了液体介质，这样的分散体叫凝胶。 种类（按交联键性质）：-化学凝胶：大分子通过共价键连接形成网状结构结构稳定，不可逆凝胶。-物理凝胶：大分子间通过非共价键（氢键、范德华力）相互连接，形成网状结构可逆性。 种类（按含水量）：-冻凝胶(jelly):液体含量90 % 以上，明胶99%-干凝胶(xerogel)：明胶粉末 15 %凝胶的性质 触变性：物理凝胶受外力作用（振摇、搅拌）网状结构被破坏变成流体，等外部作用停止
17、后，恢复成半固体凝胶，凝胶与溶胶相互转化过程叫触变性（thixotropy) 溶胀性:凝胶吸收液体后自身体积明显增大的过程-溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层-液体分子继续渗透，凝胶体积大大增加 脱水收缩性：溶胀的凝胶在低蒸气压下，液体缓缓地从凝胶中分离出来的现象。 凝胶-干凝胶 透过性：在低浓度凝胶中，小分子或离子可以自由通过。（盐桥）功能水凝胶水凝胶：在水中显著溶胀、保持大量水分的亲水性凝胶 温敏水凝胶（temperature-sensitive hydrogels) pH敏水凝胶（pH-sensitive hydrogels) 盐敏水凝胶（salt-sensitive hyd
18、rogels) 光敏水凝胶（photo-sensitive hydrogels) 电场响应水凝胶（electric field response hydrogels) 形状记忆水凝胶（shaped-memoried hydrogels温敏性凝胶的合成与药物缓释模拟朱雪燕, 陈明清, 刘晓亚, 倪忠斌, 杨 成江南大学 化学与材料工程学院, 江苏 无锡 214036摘 要： 通过自由基聚合法合成了聚（-异丙基丙烯酰胺）一元水凝胶和聚（-异丙基丙烯酰胺-丙烯酸）二元水凝胶.用溶胀法探讨了温度、及原料组分等因素对凝胶性能的影响,实验发现：一元水凝胶体系与其线性聚合物一样,具有明显的相转变温度（CS）
19、,与差示扫描量热法（DSC）结果一致;二元水凝胶的CS随丙烯酸的含量的增加而上升，而碱性条件下的溶胀性能远远优于酸性条件.遴选出一合适配方并在模拟人体体温（37 ）和胃肠液值的条件下进行了药物（阿司匹林）缓释实验，发现以凝胶颗粒为药物载体，能更好地达到药物长期有效释放的目的.关键词： -异丙基丙烯酰胺;水凝胶;溶胀性能;药物释放 水凝胶敷料（hydrogel dressings ） 伤口常常需要敷料加速它的愈合，目前主要有两种类型的敷料：干型，如纱布；湿型，如生物高分子材料-水凝胶。在湿润的环境下，伤口不会结俪，且比在干燥环境下愈合更快。水凝胶是一种类似于生命组织的高分子材料，它由在水中不溶解
20、但可溶胀的高分子网络及水组成。研究已经发现，许多天然及合成高分子材料可以制备成水凝胶，这些水凝胶有一定的水含量，良好的生物相容性，不影响生命体的代谢过程，而代谢产物又可通过水凝胶排出，这样水凝胶作为一种创伤现敷料引起许多研究者的兴趣。目前水凝胶在许多国家比如美国、欧洲、日本等已经商品化，而我国起步较晚，关于水凝胶的合成及应用，我们已经进行了十多年的研究，取得了理想的结果，一些研究成果已经申请了专利。水凝胶敷料有如下一些优点：1、原料来源广，成本低，凝胶由90%左右的水组成。2、制备与消毒一次完成。我们采用辐射技术合成化学交联的水凝胶，在水凝胶合成的同时，产品被消毒。3、使用该水凝胶敷料，有利于
21、湿润环境的维持，因而伤口不易结痂，而纱布常常与伤口粘在一起，更换时，易引起伤口开裂，一方面使病人非常痛苦，另一方面也不利于伤口愈合。4、易于观察伤口的愈合情况，水凝胶是透明的，这样医生可以透过凝胶随时观察伤口变化情况。5、必要时，治愈伤口的药物（比如消炎痛）可包埋在水凝胶内，药物可缓慢持续地释放到病变区，有利于伤口的愈合。6、水凝胶不与伤口作用，而伤口渗出物可通过水凝胶排出。7、柔软，弹性好、机械性能好、无毒副作用、透气透水，氧气、水分可透过凝胶到达伤口。 水凝胶的溶胀行为及其影响因素 离子性水凝胶在水中可显著溶胀（-COOH, -SO3H, -NH2)-pH, 离子强度，温度，离子的性质，介
22、质 有些水凝胶的溶胀性随外界溶胀条件的变化而变化-pH，温度，离子强度，电场，光、化学物质1， -SO3H, -COOH; 2, -NH2N-异丙基丙烯酰胺的溶胀度和温度的关系 水凝胶的应用 缓释制剂的载体 水性软膏 新型制剂# 生物相容性 高分子的分子量 Ni: 分子量Mi的分子个数，Wi:分子量为Mi组分的重量， ：特性粘度 分子量分布曲线 分子量，分布对聚合物性能的影响 高分子的物态，力学性质，粘度和高分子的分子量有关，一般聚合物的力学性能如抗张强度、抗冲击强度、弹性、硬度、粘度随分子量的增加而增加。 分子量分布对材料的物理机械性能也有很大影响(如材料的抗张强度、抗冲击强度、耐疲劳性以及
23、加工过程中的流动性合成膜性) 分子量测定方法 端基测定法:聚合物分子中分子链末端有数目明确，可以用化学定量测定的端基。 粘度法：高分子的特性粘度取决于测定温度、溶剂的性质和高分子的分子量、形状及分子间作用力。当聚合物、温度、溶剂确定后，特性粘度和分子量有关。 光散色法：使用于重均分子量的测定。 分子量分布测定法 凝胶色谱法：按溶质分子大小（体积）进行分离的一种方法 相平衡分级法：测定分子量分布一般利用分级方法把多分散性聚合物试样按分子量的大小分成若干个级分， 在借助其他方法测定各级分的含量和分子量，得到分子量分布。 凝胶色谱（ gel chromatography) 凝胶色谱 凝胶色谱 凝胶色
24、谱 凝胶色谱 凝胶色谱 温度与力学状态 药物剂型加工中高分子材料的主要力学性质 弹性模量 硬度和强度 粘弹性 药物通过聚合物的扩散 药物通过聚合物的两种模型-储库装置，骨架装置 药物的扩散过程-药物溶出并进入周围的聚合物或孔隙-由于存在浓度梯度，药物分子扩散通过聚合物屏障-药物由聚合物解吸附-药物扩散进入体液或介质 药物通过聚合物薄膜的扩散 Fick 扩散 药物的扩散：通过胶囊壁扩散，通过聚合物包衣层扩散-药物和聚合物之间的亲和力、聚合物的结晶度对药物的扩散影响大药物通过聚合物骨架的扩散（Higuchi数学处理） 第四章药用天然高分子材料 淀粉， 纤维素， 海藻酸， 蛋白质类明胶 经过物理，
25、化学的加工处理 符合药用和制剂需要 无毒，安全，性能稳定，价格低廉, 来源广泛 淀粉及其衍生物 Starch structure Starch gelatinization Modified starches Application Glucose C6H12O6Starch Composition Amylose. Linear -1,4 glucose chain. DP: 180-320, MW106. Branch approximately every 200 glucose units Amylopectin. Linear -1,4 chain with an -1,6 bran
26、ch approximately every 20 glucose units. MW108 Amylose: amylopectin 1:3 Waxy starches all amylopectin High amylose mutants up to 70% amyloseAmylose StructureAmylopectin StructureGranule StructureAmylopectin in GranulesVisco/Amylo/GraphViscoAmyloGraph性质 白色结晶粉末 糊化（gelatinization) 淀粉 老化Application 稀释剂
27、3-15 % 崩解剂 5-25 % 粘合剂 助流剂 糊精（dextrin) 淀粉经无机酸水解得糊精或葡萄糖 遇碘- 碘化钾溶液产生的颜色不同：蓝糊精，红糊精和无色糊精 药剂上用的是白糊精和黄糊精 表4-1 淀粉转化成不同糊精的条件糊精类别制备条件反应粘度用酸量加热温度（）淀粉含水量 （%）水解重排重聚百糊胶高95-1205-12主要-低不列颠胶低或不用170-195 5很少较多-高-低黄糊精中等150-180 5初始阶段较多较多低 性质和应用 白色，淡黄色粉末 密度：堆密度 0.80 g/cm3, 实密度0.91g/cm3 熔点： 178 （并伴随分解） 不溶于乙醇，乙醚，缓缓溶于水应用：片剂
28、和胶囊剂的稀释剂，片剂的粘合剂，口服液体制剂或混悬剂的增粘剂 预胶化淀粉 （Pregelatinized starch) 又称部分化淀粉，可压性淀粉有多种型号 制法制法1， 药用淀粉加水，在35破坏淀粉粒，脱水至10-14 %制法2， 将淀粉的水混悬夜（42 %）加热(62-72 )干燥，粉碎。国内：预胶化玉米淀粉 PCS美国：Starch RX 1500 性质 外部： 片状或边缘不整的凝聚体粒状 偏光显微镜：少部分双折射现象 SEM 观察：表面形态不规则，呈现裂隙，凹陷等- 易于压片 XRD 观察：淀粉的结晶峰明显消失 不溶于有机溶剂，为溶于冷水（10-20 % ） Application 由于游离的支链的润湿膨胀和非游离的变形复原作用，极好的崩解作用。不受pH 影响 改善药物溶出作用，有利于生物利用度的
