蔗渣木聚糖醋酸酯和磷酸酯的合成、分子动力学模拟及药物缓释研究

摘要

在冰醋酸体系中制备了较高取代度的蔗渣木聚糖醋酸酯,探讨了对甲苯磺酸用量和浓度、酯化剂醋酸酐用量、酯化时间、溶剂用量、酯化温度、木聚糖与溶剂混合时间对酯化过程的影响,用正交试验设计和统计分析方法,得出了制备蔗渣木聚糖醋酸酯的最佳反应条件为:mxylan:m醋酸酐=4:5(g／g),mxylan:mPTSA=4:0.2(g／g),mxylan:V乙酸=2:5(g／mL),酯化温度=75℃,酯化时间=4.5h,催化剂浓度为0.15g／mL,木聚糖与溶剂预处理时间为0.5h。利用IR、XRD、SEM、TG等对产物的结构、表面形貌、热稳定性等进行了研究,结果证明:产物分子中引入了羰基,反应后蔗渣木聚糖颗粒表面有明显变化,结晶度下降；蔗渣木聚糖醋酸酯热稳定性、糊化性能和热黏度等都有所提高。
　　 以蔗渣木聚糖和正磷酸盐(NaH2PO4和Na2HPO4)为主要原料,脲为催化剂,合成了蔗渣木聚糖磷酸酯。实验经过正交试验和统计分析方法对结果进行讨论,因素的主次顺序为:pH>反应时间>蔗渣木聚糖与酯化剂配比>温度>蔗渣木聚糖与催化剂配比。得出优化反应条件为酯化温度=55℃、酯化时间=5h、mxylan:m酯化剂=4:1.20、mxylan:m催化剂=4:0.50、pH=5.5,DS最高达到0.067。用IR、XRD、SEM、TG对产物结构进行了表征。
　　 采用分子计算模拟方法,分别研究了蔗渣木聚糖的单元分子的电荷分布和反应活性。用MS(Material Studio)软件计算得到了蔗渣木聚糖分子和蔗渣木聚糖醋酸酯、磷酸酯的分子优化构型。对木聚糖以及木聚糖酯化衍生物链状结构进行模拟,构建了三种分子的无定形态,同时对酯化反应进行过渡态搜索,得到合成木聚糖醋酸酯的反应能量为-58.6kJ／mol,能量势垒为221.8kJ／mol,合成木聚糖磷酸酯的反应能量为-75.9kJ／mol,能量势垒为282.3kJ／mol。讨论蔗渣木聚糖醋酸酯的反应动力学模型,得出木聚糖醋酸酯化反应是准二级反应；研究蔗渣木聚糖磷酸酯反应动力学,得出木聚糖磷酸酯化反应为一级反应。
　　 采用离子交联法分别制备了壳聚糖-蔗渣木聚糖醋酸酯水凝胶和壳聚糖-蔗渣木聚糖磷酸酯水凝胶,考察了它们在不同的缓冲溶液中的溶胀情况。在此基础上,以维生素B1为模型药物,研究了载药壳聚糖-蔗渣木聚糖醋酸酯凝胶和壳聚糖-蔗渣木聚糖磷酸酯凝胶在模拟十二指肠液中的药物释放行为。利用IR分析了药物分子与聚合物之间以及聚合物与聚合物之间的相互作用。用扫描电子显微镜观察了水凝胶外貌形态和表面形态。