聚（乳酸-氨基酸）共聚物的合成研究进展

张晓飞，魏 兴，王香梅

（中北大学 化工与环境学院，山西 太原 030051）

聚（乳酸-氨基酸）共聚物的合成研究进展

张晓飞，魏 兴，王香梅

（中北大学 化工与环境学院，山西 太原 030051）

吗啉-2,5-二酮及其衍生物的开环聚合作为合成聚（乳酸-氨基酸）共聚物的主要方法，由于其单体繁琐的合成过程，较低的产率，使得合成共聚物的成本过高，极大限制了其在医药领域的广泛应用，为此，研究人员已经开始探索新的合成方法。对近几年来氨基酸与丙交酯的共聚和氨基酸与乳酸的直接熔融聚合的研究情况进行介绍。

吗啉-2,5-二酮及其衍生物;聚（乳酸-氨基酸）共聚物;共聚;直接熔融聚合

Progress in Research on the Synthesis of Poly(lactic acid-co-amino acid)Copolymers

Abstract:The ring-opening polymerization of morpholine-2,5-dione and its derivatives is the main method to produce the poly(lactic acid-coamino acid)(PLAA).The complex synthesis of monomers and low yield causes high cost of synthetic copolymers,it limits a wide application in medicine to a large extent.Therefore the researchers have been exploring the new synthetic methods.The recent progresses in study on the copolymerization of amino acid and lactide and the direct melt polymerization of amino acid and lactic acid are introduced.

Key words:Morpholine-2,5-dione and its derivatives;poly(lactic acid-co-amino acid)(PLAA);copolymerization;the direct melt polymerization

前 言

聚乳酸(PLA)是一种生物相容性良好、可体内降解吸收的生物高分子材料,目前已被广泛应用于医学和制药学等领域[1～3]。然而单纯的PLA均聚物,由于具有高的结晶度、大分子链中不含可反应活性基团、不具有亲水性、降解周期较长、力学韧性较差等缺陷，限制了它在医学领域的进一步应用[4～5]。

聚氨基酸同样是一类具有良好的生物相容性和体内可降解性的高分子，其降解产物氨基酸对人体无毒害作用。聚氨基酸同样被应用于医用材料等领域，尤其是带有反应性官能团侧基的聚氨基酸。它不但可以固定具有生物活性的分子，如蛋白质、糖类、多肽等，还可以与小肽、药物或交联剂等连接，促进细胞的黏附和生长[6～7]。但由于聚氨基酸大分子内和大分子间易形成氢键，因此有不溶于多数溶剂，不易加工成型的缺陷，限制了其在医学领域如药物控释、手术缝合线和人工皮肤等方面更加广泛的应用[8]。聚（乳酸-氨基酸）共聚物则综合了两类聚合物的优良性能[9]，其合成研究一直备受人们的关注。

1 吗啉-2,5-二酮及其衍生物的开环聚合

目前，聚（乳酸-氨基酸）共聚物的合成方法主要是以吗啉-2,5-二酮及其衍生物为单体的均聚或与丙交酯的共聚（如图1，图2所示），关于这方面的研究，已有大量的文献报道，在此不再赘述[10-15]。

图1 吗啉-2,5-二酮及其衍生物的开环聚合Fig.1 Ring-opening polymerization of morpholine-2,5-dione and its derivatives

图2 吗啉-2,5-二酮及其衍生物与丙交酯的共聚Fig.2 Ring-opening copolymerization of morpholine-2,5-dione and its derivatives and lactide

吗啉-2,5-二酮及其衍生物的制备过程复杂，溶剂消耗量大，反应时间长，副反应不可避免，产率低，且开环活性不高，导致聚合物中氨基酸含量较少，聚合物相对分子质量难以得到进一步的提高。而对于丙交酯，其纯度直接影响着聚合物相对分子质量的大小，为了获得高相对分子质量的聚合物，必须对其进行复杂繁琐的纯化过程[1]。总之，单体的制备和纯化过程成本过高，以及单体开环活性较低，极大的影响了共聚物的广泛应用[10]。因此，如何降低合成成本逐渐受到了更多研究者的关注。

2 氨基酸与丙交酯的共聚

有研究者用氨基酸直接与丙交酯共聚得到聚（乳酸-氨基酸）共聚物，不但降低了聚乳酸改性的成本，而且得到的共聚物性能优良。例如,1997年，Barrera等[16]报道了丙交酯与赖氨酸的直接共聚,聚合物中赖氨酸单体含量为10.6%,在室温条件下最后得到的聚合物相对分子质量为15000,产率20%;如果在低温和长时间的反应条件下,其相对分子质量最大可达94000,且降解性比聚乳酸有明显的改善。2002 年，Hosei Shinoda 等[17～18]在无催化剂和溶剂存在的条件下，用L-天冬氨酸分别与丙交酯和乙/丙交酯进行共聚，得到了含有聚琥珀酰亚胺片段的具有两亲性的支链型聚（天冬氨酸-乳酸）共聚物和聚（天冬氨酸-乳酸-羟基乙酸）共聚物，该共聚物既能溶于一般的有机溶剂，又能通过与氢氧化钠溶液反应而转化成含有羧酸钠盐侧基的亲水性聚（天冬氨酸-乳酸）共聚物，相对分子质量高达两万多，且降解性能良好。但总体而言,有关丙交酯与氨基酸的直接共聚改性聚乳酸仍然少有报道,还有待进一步的研究。

3 氨基酸与乳酸的熔融共聚

相对于用氨基酸与丙交酯共聚，有关氨基酸与乳酸的直接熔融共聚似乎更具有吸引力，其原材料价格低廉，合成过程简单，将使得氨基酸改性聚乳酸的成本大大降低。2007年，郑玉斌等[19]以氯化亚锡二水合物为催化剂，以L-乳酸、羟基乙酸和4-羟基脯氨酸为原料直接熔融聚合得到聚（L-乳酸-羟基乙酸-4-羟基脯氨酸）共聚物，该聚合物带有活性官能团侧基胺基，且可通过改变L-乳酸和羟基乙酸的含量来调节其降解性能。2008年，雷自强等[20]以氯化亚锡为催化剂直接加热L-谷氨酸、外消旋乳酸和羟基乙酸混合物，得到含有戊二酰亚胺单元的支链共聚物，该聚合物与Hosei Shinoda等合成的聚（天冬氨酸-乳酸）共聚物类似，也具有两亲性，既能溶于大多数的有机溶剂，也能通过与氢氧化钠溶液反应转化为带有羧酸钠盐侧基的亲水性聚合物。同年，侯晓娜，汪朝阳等[21]以乳酸、丙氨酸为原料通过熔融聚合法合成出生物降解材料聚 (乳酸-丙氨酸)，并研究了催化剂的种类和用量、聚合温度、聚合时间等对聚合物特性黏度的的影响。并详细探讨了二者投料比对改性产物相对分子质量的影响[22]。其后又以类似的方法合成出聚(乳酸-苯丙氨酸)共聚物、聚(乳酸-亮氨酸)共聚物、聚(乳酸-缬氨酸)共聚物以及聚(乳酸一谷氨酸)共聚物，并分别对其结构性能进行了研究。发现随着投料比中氨基酸含量的增加，聚合物由一定的结晶性逐渐转变为无定形态，溶解性一般降低，相对分子质量也随之逐渐降低[23～26]。从而为该类共聚物在药物缓释、聚酯与尼龙共混增溶剂等领域[27]的应用提供了理论基础。2009年，董锐[28]等以乳酸、L-赖氨酸、聚乙二醇为单体，氯化亚锡为催化剂，采用直接熔融缩聚法合成了聚(乳酸-赖氨酸)共聚物。

由于氨基酸的聚合活性比乳酸低，使得直接熔融聚合法合成的共聚物中氨基酸的含量不高，且随着体系中氨基酸含量的增加，共聚物相对分子质量明显降低，从而限制了共聚物相对分子质量的进一步提高。其较小的相对分子量（Mn均不超过4600），目前还只能基本满足药物缓释对聚乳酸类高分子材料相对分子质量的要求[29～31]，此外，直接熔融聚合法得到的共聚物均为无规共聚物。

4 结论

对于聚（乳酸-氨基酸）共聚物的合成研究，在过去的几年里，已经趋于成熟，因此，在获得性质优良的共聚物以满足在医药领域更广泛应用的前提下，如何降低其合成成本将成为今后研究的重点。

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ZHANG Xiao-fei,WEI Xing and WANG Xiang-mei

(College of Chemical Engineering and Environment,North University of China,Taiyuan 030051)

TQ 322.97

A

1001-0017（2011）02-0053-03

2010-10-09

张晓飞(1983-)，男，河南荥阳人，在读研究生，研究方向：功能高分子材料的化学与技术。