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摘 要

固定化酶反应器中合成巯基功能化聚己内酯是一种新型的方法。以己内脂作为合成的单体，将固定化脂肪酶N435装填在酶管中作为催化剂，用巯基己醇作为引发剂，形成一个连续流的体系来合成巯基功能化聚己内脂。在60 ^oC的反应温度下，通过改变单体与引发剂的摩尔比，调节反应的流速来控制反应的保留时间，保证了反应液的充分聚合，通过核磁共振，GPC分析，TOF分析等对得到的聚合物进行表征分析，产物的分子量可以从1090升到9590；分子量的分布保持在很低的范围，Ðlt;1.4；单体的转化率以及产物巯基的选择性保持在90%以上，表明固定化酶微反应器中合成相对于传统釜式反应器，巯基的选择性大大提高。在单体与引发剂摩尔比为30的情况下，通过改变反应的温度，反应得到的聚合物在单体转化率，巯基选择性以及分子量的大小和分子量的分布都变化不大，在温度为40 ^oC的条件下，巯基选择性达到99%，说明产物几乎为纯巯基功能化聚己内酯。

关键词：聚己内酯 巯基化 微反应器 酶催化

Enzymatic continuous flow chemoselective polymerization platform based for preparation of thiol-terminated PCL

Abstract

Green and efficient enzymatic continuous flow chemeselective polymerization platform was developed that enabled directly prepare thiol-terminated polymers by utilizing enzyme immobilized microreactor systems -free irectly synthesize thiol-terminated polymers, Mercapto-alcohol initiating ring-opening polymerization of lactones was exmplified for model inveistgation.In the simple CALB packed tubular reactor, unprotected 6-mercapto-1-hexanol initiating chemoselective polymerizations of ε-caprolactone in tolunen were conducted at 60 ^oC to prepare well-defined thiol-terminated poly(ε-caprolactone) with high thiol fidelities, controlled molecular weights and molecular weight distributions.To further demonstrate the feasibility of enzymatic continuous flow protecting-group-free protocol, varied molecular weights of thiol-functionalized PCL were fabricated by changing the [CL]/[MH] feed ratio within 40 min. The results were summarized in Table 1. The large molecular weight range was obtained from 1090 g/mol to 9590 g/mol and they were exactly agreed with the theoretical values (Mn,theo). All thiol fidelities were around 90% for different samples.

Key Words: PCL; thiol-terminated; microreactor; enzymatic

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1酶促合成聚己内酯 1

1.1.1 聚己内酯的理化性质及应用 1

1.1.2 酶促开环聚合合成聚己内脂 1

1.2固定化酶微反应器的制备与应用 4

1.2.1微反应的性质与特点 4

1.2.2固定化酶微反应器的制备方法和具体应用场景 4

1.3本课题的研究思路和意义 7

第二章 实验部分 8

2.1 实验试剂及仪器 8

2.1.1 实验试剂 8

2.1.2 实验仪器 8

2.2.1 微流场装置构建 9

2.2.2 单体、溶剂处理 9

2.2.3 进样液的配置 11

2.2.4 盘管微流场的常规操作 11

2.3 表征分析 12

2.3.1核磁共振（NMR） 12

2.3.2凝胶渗透色谱（GPC） 12

2.3.3飞行时间质谱（TOF） 13

第三章 结果与讨论 14

3.1 固定化酶微反应器中合成巯基功能化聚己内脂 14

3.2 巯基功能化聚己内脂的表征分析 15

第四章 结论 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 文献综述

1.1酶促开环合成聚己内酯

1.1.1 聚己内酯的理化性质及应用

聚己内酯生物相容性很好，能跟生物体内的生物细胞很好的相容，在聚己内酯的骨架上细胞可以很好地生长，还可以进行代谢分解CO₂和H₂O。聚己内酯的生物降解性：在土壤和水体环境中，经过6-12月可以完全分解成CO₂和H₂O。良好溶剂溶解性：在芳香化合物、酮类和极性溶剂中很好地溶解。且不溶于正己烷。具有高结晶性和低熔点性：T_g为-60 °C，非常柔软，并且具有极大的伸展性；其熔点为60-63 °C，而且可在低温成型^[1]。

聚己内酯在生物医药领域有非常广的应用。聚己内酯作为药物载体时，药物释放的速度比较稳定。一般的药物载体会由于药物释放的过程中，药物的含量随着降低，导致药物释放速度变慢。而聚己内酯作为药物载体时，药物释放会导致载体变的稀松，与药物含量的降低相互抵消，保证了药物的恒量释放。聚内酯作为药物载体已经很好的应用在抗癌和心脏病的药物上，取得了很好的效果。聚己内酯作为组织工程材料。组织工程：吸附在生物体相容性好的组织工程材料的体外培养细胞，进行培养繁殖，用来代替受损部位的组织。聚己内酯安全，降解性强，无毒，生物相容性好，同时原料易于获得，在组织工程得到广泛应用^[2]。

1.1.2 酶促开环聚合合成聚己内脂

酶促开环聚合合成聚内脂大多使用脂肪酶，脂肪酶是一种水解酶，可以催化生物体内甘油酯的水解。酶促开环聚合反应中使用的脂肪酶，大多来自哺乳动物(猪胰脂肪酶PPL)，南极假丝酵母(CA)，黑曲酶(AN)以及圆柱假丝酵母(CC)等。南极假丝酵母脂肪酶B使用最为广泛，其固定化酶名为N435^[3]。脂肪酶可以通过开环聚合和缩合聚合合成聚酯^[3-4]。酶促开环聚合合成聚内酯有很大的优势，不会产生离去基团来限制单体转化率以及酶的活性，反应的体系相对比较简单。其他的酶催化合成聚酯的方法如酶催化缩聚和酯交换反应中，反应的活性比较低，反应的速度缓慢，得到的产物往往聚合度比较小，分子量比较小。酶促开环聚合也面临着单体成本高以及环状单体少的问题。

整个催化己内酯开环聚合过程中，脂肪酶的活性点在于内酯开环过程中，与内酯形成的复合物酰基酶中间体(活性酶单体EAM)。酶中的水分子亲核会进攻EAM形成羟基羧酸。聚己内脂链的延长是因为羟基羧酸羟基端亲核对EAM的进攻。开环聚合的机理见图1-1^[5]：

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