药用高分子材料学+黑龙江大学

1药用高分子材料学（polymersinpharmaceuticals）郑俊民主编张华主讲黑龙江大学制药工程专业2高分子化合物，简称高分子，是分子量很高的一类化合物。常用高分子的分子量高达104～106药用高分子材料：主要指在药物制剂中应用的高分子材料。药品包装用高分子材料亦可归于此列。绪论3绪论药用辅料：在药物制剂中经过合理的安全评价的不包括生理有效成分或前体的组分。广义上指将药理活性物质制备成药剂的各种添加剂，若为高分子则称为药用高分子辅料。4药用高分子材料作为药用辅料和药物时，主要用于提高药剂的稳定性、增强药剂在贮藏或应用时的安全和有效；提高药物的生物利用度和药效，改善药物的成型加工性能，改变给药途经以开发新药、实现智能给药；绪论5绪论一、课程的目的和任务1.高分子材料的一般知识：命名、分类、化学结构、高分子的合成反应及化学反应、化学特性和力学性能等。2.药用高分子材料的来源、生产、化学结构、物理化学性质和应用。6绪论二、药用高分子材料在药剂学中的应用1、药用高分子材料的分类（1）按用途分类制剂中应用的高分子材料包装用的高分子材料高分子药物7绪论二、药用高分子材料在药剂学中的应用1、药用高分子材料的分类（2）按来源分类天然高分子：蛋白质类，多糖类，天然树胶半合成高分子：纤维素衍生物合成高分子8绪论2、高分子材料作为药物载体的先决条件(1)适宜的载药能力(2)载药后有适宜的释药能力(3)无毒、无抗原性，并具有良好的生物相容性(4)具备适宜的分子量和物理化学性质9绪论3、在药物制剂中的应用(1)作为片剂和一般固体制剂的辅料粘合剂，稀释剂，崩解剂，润滑剂，包衣材料等(2)作为缓、控释材料用作扩散控释材料溶解、溶蚀或可生物降解的材料及能形成水凝胶的材料高分子渗透膜离子交换树脂淀粉、预胶化淀粉、聚维酮、甲基纤维素、西黄耆胶、琼脂、海藻酸、卡波沫、CMCNa、微晶纤维素等。微晶纤维素、粉状纤维素、糊精、淀粉等。微晶纤维素、交联聚维酮、羧甲基淀粉钠1、肠溶包衣材料：醋酸纤维素酞酸酯、甲基丙烯酸共聚物等。2、水溶性包衣材料：海藻酸钠、明胶、水溶性纤维素衍生物等。膜控、骨架控释：纤维素衍生物、聚乙烯、乙烯/醋酸乙烯共聚物交联羧甲基纤维素钠、微晶纤维素、聚乙二醇、聚乳酸波拉克林交换树脂：二乙烯苯/甲基丙烯酸钾共聚物。10(3)用于液体或半固体制剂作为增稠剂，助悬剂，胶凝剂，乳化剂，分散剂等(4)用作生物粘附性材料(5)用作新型给药装置的组件(6)用作药品包装材料绪论11三、我国药用高分子材料的发展概况1、近10余年来开发的制剂中应用的高分子材料羧甲基淀粉钠、可压性淀粉、微晶纤维素、低取代羟丙基纤维素、羟丙甲纤维素、丙烯酸树脂类、合成的聚合物：泊洛沙姆、卡波沫、聚维酮、聚乳酸等等。2、近10余年来开发的包装用高分子材料高压聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酯等。绪论12绪论四、重点开发工作1、开发性能优良的、国外已收载入法定文件中的药用聚合物。2、利用天然资源及化学修饰方法，寻找新的药用高分子材料。3、扩大辅料的规格和型号。4、开发新的化学实体。5、再加工辅料产品的研究和生产。6、完善药用高分子辅料的质量标准。ICH：人用药品注册技术规范国际协调会13绪论五、有关药用高分子材料的法规1、中华人民共和国药品管理法2、药品包装用材料、容器管理办法（暂行）14第一章：概论第一节：高分子材料的基本概念一、高分子链的构成（一）高分子的定义高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物、聚合物分子。这些术语一般可以通用。Macromolecules,Polymer高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由多个重复单元以共价键连接的一类化合物，并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来15第一章：概论一、高分子链的构成（二）重复单元CH2-CHCH2-CHCH2-CHClClCl聚氯乙烯H2CCHCl实际上16重复单元数，也称为链节数,用n表示OHHOOOOn聚合度（Degreeofpolymerization）聚合度单个聚合物分子所含单体单元的数目是衡量高分子大小的一个指标。实际上是各同系分子重复单元数的平均值。第一章：概论17第一章：概论聚合物的分子量M是重复单元分子量M0与聚合度的乘积：M＝n×M0M0为单体的相对分子质量。高分子化合物的相对分子质量为聚合度的整数倍。18第一章：概论由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物。聚合物也可由两种或两种以上的单体共同聚合而成。例如由氯乙烯和醋酸乙烯酯共同聚合时，产物为：其中n和m为分子链中两种单体单元的数量，但并不表示n个氯乙烯单元后面接m个醋酸乙烯酯单元。两种单体单元通常是无规分布的。[CH2CHCl]n[CH2CHOCOCH3]m19第一章：概论由两种或两种以上单体聚合而成的聚合物称为共聚物。根据各种单体单元在分子链中的排列状况，可将共聚物分为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物等。通过普通的聚合方法，只能得到无规共聚物和交替共聚物，嵌段共聚物和接枝共聚物必须通过特殊方法制备。共聚是高分子化合物改性的重要方法之一。20第一章：概论二、高分子的命名（一）习惯命名习惯命名法是一种约定俗成的方法，目前最为通用。其方法为先对结构单元命名，然后在结构单元名称前加上“聚”字。如碳链聚合物“聚丙烯”、“聚氯乙烯”、“聚苯乙烯”；杂链聚合物“聚对苯二甲酸乙二酯”、“聚己二酰己二胺”；天然聚合物大多有其专门的名称或其名称与来源有关，这些名称一般不能反映物质的结构。21第一章：概论由天然聚合物改性或衍生而来，则在其名称前冠以衍生的基团名：羧甲基纤维素、羧甲基淀粉等。从参与共聚的两种单体名称中间加连接线组成基本名称，然后在其后面加上“共聚物”三字。如由氯乙烯和醋酸乙烯酯共聚而成的聚合物，称为“氯乙烯—醋酸乙烯酯共聚物”；由乙烯和丙烯共聚而成的聚合物，称为“乙烯—丙烯共聚物”等。22第一章：概论二、高分子的命名（二）商品名称聚氧乙烯/聚氧丙稀共聚物：普流罗尼聚二甲基硅氧烷：硅油一些外观类似天然树脂的缩聚物商品名称的后缀是“树脂”，前面取其原料的简名。23第一章：概论（三）系统命名系统命名法是由国际纯粹与应用化学联合会(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry,IUPAC)提出的规范方法。其步骤为：（1）先确定重复单元；（2）排定重复单元中次级单元的次序，原则为：（3）给重复单元命名；（4）在重复单元名称前冠以“聚”字。24第一章：概论系统命名法较严谨，但往往名称很长，使用不太方便。IUPAC不反对在一般场合使用习惯命名法和其他能反映聚合物特征的命名法，但在学术性较强的论文中鼓励使用系统命名法。IUPAC不提倡采用商品名和俗称。25第一章：概论三、高分子的分类（一）习惯分类法分类依据类型举例按聚合物来源天然聚合物、合成聚合物纤维素、聚乙二醇按聚合基本反应加聚树脂、缩聚树脂丙烯酸树脂、酚醛树脂按大分子形状线型聚合物、体型聚合物聚乙烯醇、固化硅橡胶按聚合物热性质热塑性树脂、热固性树脂聚苯乙烯、脲醛树脂按性能和用途塑料、橡胶、纤维聚乙烯、硅橡胶、尼龙26性质和用途塑料纤维橡胶涂料粘胶剂功能高分子以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。具有可逆形变的高弹性材料。纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100倍。涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和保护作用的聚合物材料能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料第一章：概论27主链元素（链原子）组成碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。杂链高分子：链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。元素有机高分子：链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组成。无机高分子：主链和侧基均无碳原子。（二）科学分类法第一章：概论28第一章：概论碳链高分子分子链全部由碳原子以共价键相连接而组成，多由加聚反应制得。如：聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)。CHHCHHCHHCHHCHHCHHCCHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H聚乙烯聚丙烯可塑性好、容易成型加工，一般为通用塑料来源丰富、价廉、产量大、用途广。29第一章：概论杂链高分子分子主链上除碳原子以外，还含有氧、氮、硫等二种或二种以上的原子并以共价键相连接而成。由缩聚反应和开环聚合反应制得。例如：聚酯、聚醚、聚酰胺、聚砜。尼龙—66耐热性好、强度较高，多为工程塑料带有极性，易水解和酸解。聚碳酸酯30第一章：概论元素有机高分子主链不含碳原子，而由硅、磷、锗、铝、钛、砷、锑等元素以共价键结合而成，侧基含有有机基团。如:有机硅橡胶。聚二甲基硅氧烷SiCH3CH3OSiCH3CH3SiCH3CH3O优点具有无机物的热稳定性和有机物的弹塑性。31聚二硫化硅耐热性好、强度低。SiSSSiSSSiSS无机高分子主链不含碳原子，而由硅、磷、锗、铝、钛、砷、锑等元素以共价键结合而成，侧基也不含有机基团。如:聚二硫化硅。第一章：概论32第一章：概论*CH2CH2*n*CH2CH*nCOOH聚乙烯聚丙烯酸*CH2CH*nCH3*CH2CH*nCOOCH3*CH2CH*nCl*CH2CH*nOCOCH3*CH2HC*n*CH2CH*nOH聚丙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯聚醋酸乙烯酯聚苯乙烯聚乙烯醇常见高分子材料的结构和名称33一、高分子的结构特点第二节高分子链结构一级结构结构单元的化学组成结构单元的构型分子链的构造共聚物的序列结构二级结构高分子链的形态(构象)高分子的大小(分子量及分布)高分子链的结构聚集态结构晶态结构非晶态结构取向态结构液晶态结构织态结构高聚物的结构三级结构近程结构远程结构34二级结构高分子的二级和三级结构示意图三级结构35（一）单元的键接顺序排列首-尾连接首-首连接尾-尾连接1、均聚物结构单元的键接顺序如单体CH2=CHX聚合时，所得单体单元结构如下：CH2CHCH2XCHXCH2CHCHXCH2XCHCH2CH2CHXXCH2CHX首尾单体单元连接方式可有如下三种：二、高分子链的近程结构362、共聚物的序列结构以●、○两种单体的二元共聚物为例，有无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接枝共聚物四类。（一）单元的键接顺序排列37（二）支链、交联和端基1、支链线型高分子：高分子链是细而长、没有支链的线型长链。支化高分子是指高分子主链上带有长短不一的支化链。2、交联高分子主链之间通过化学键或支化链相联结，形成一个三维网状结构的高分子，又称交联结构。交联和支化存在着本质的区别，交联的高分子是不溶不熔的，只有当交联程度不太大时才能在溶剂中溶胀。羊毛、硫化橡胶、热固性塑料如酚醛、环氧、不饱和聚酯等都是交联结构的网状高分子。3、互穿互穿聚合网络：在交联聚合物中溶胀进第二种单体，使之再聚合交联。38线形高聚物•可以在适当溶剂中溶解，加热可以熔融，易于加工成型；支化高分子•能溶解在某些溶剂中•链的支化破坏了分子的规整性，使其密度、结晶度、熔点、硬度等都比线型高聚物低。•长支链的存在对聚合物的物理机械性能影响不大，但对其溶液的性质和熔体的流动性影响较大。交联高分子•在任何溶剂中都不能溶解，受热时也不熔融。•在交联度不太大时能在溶剂中发生一定的溶胀。•热固性塑料具有良好的强度、耐热性和耐溶剂性。•硫化橡胶为轻度交联高分子，具有可逆的高弹性能。（二）支链、交联和端基39端基含量很少，却对聚合物的性能，尤其是热稳定性有直接影响对聚合物性能的影响：封端处理：利用适当的化学反应，消除端基的活性,封闭端基可提高其耐热性能。聚甲醛：羟端基聚碳酸酯：羟端基、酰氯端基4、端基端基是指高分子链终端的化学基团。通常与分子链有不同的组成。（二）支链、交联和端基40构型(Configuration)分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。高分子的构型旋光异构几何异构链接异构全同立构间同立构无规立构反式构型顺式