药用高分子材料学_课件

药用高分子材料学郑俊民主编参考书李琼芬编著．《高分子材料学概论》，中国人民大学出版社。余学海编著．《高分子化学》，南京大学出版社。韩哲文编著．《高分子化学》，华东理工大学出版社。姚日生主编．《药用高分子材料学》，化学工业出版社。胡学贵主编.《高分子化学及工艺学》,化学工业出版社。崔福德主编．《药剂学》，人民卫生出版社。绪论本章要求：1.熟悉本课程学习的目的与任务2.熟悉高分子材料在药剂学中的应用3.了解药用高分子材料学的发展什么是材料？什么是高分子材料?＊材料（materials）:用来制造某些有形物质（如机械、工具、建材、织物等的整体或部分）的基本物质（如金属、木材、塑料、纤维等）。＊可分为金属材料（如钢铁、铝合金等），无机材料（如陶瓷、玻璃、水泥等），高分子材料（如塑料、橡胶、纤维等）和复合材料（由高分子材料、无机非金属材料等通过复合工艺构成新材料）。＊人类的历史所使用的材料分：石器时代（原始母系氏族社会），青铜时代（原始社会进一步解体，奴隶社会诞生），铁器时代（从奴隶社会进入封建社会）。＊材料是科学与工业技术发展的基础。一种新材料的出现，能为社会物质文明带来巨大变化，给新技术的发展带来划时代的突破。材料、能源、信息是当代科学技术的三大支柱。没有新型建筑材料就不可能有高楼大厦，没有新型纺织材料就不可能有多姿多彩的服饰，没有新型的药用高分子材料就不可能有药物新剂型的产生。★高分子材料：高分子化合物材料。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。金属材料和无机材料，使用时间较长，技术水平较高，质量比较稳定，但材料性能已接近极限，难以提高；高分子材料使用时间短，质量稳定性和可靠性较差（目前为止，将来未必），但易于加工，性能可提高和改善。★高分子材料的发展趋势：高性能化：为满足航天和航空、电子信息、汽车工业、家用电器等领域的需要，要求材料具有高机械性能、耐热性、耐候性、耐久性、耐腐蚀性。高功能化：如光学功能，物质输送和分离功能，催化功能，生物功能和力学功能等。复合化：博采众长的复合材料代表了材料的发展方向。高分子材料是高性能结构复合材料最主要的基体。精细化：现代电子信息技术要求材料高纯化，超净化，精细化，功能化。如有机导体和超导体，有机与高分子非线性材料，有机铁磁体，有机半导体，光导体等。智能化：智能材料是使材料本身带有生物具有的高级功能，如预知预告性，自我诊断，自我修复，自我增殖，认识识别能力，刺激反应性，环境应答性等★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。什么是药用高分子材料学？它是于20世纪90年代才在我国建立起来的一门崭新的学科。随着药物制剂理论和实践的飞速发展，多种新型药用高分子材料也相继出现。可以说，没有这些新型药用高分子材料的应用，就没有现代的药物制剂。药用高分子材料学的定义它主要介绍药剂学的剂型设计和制剂处方中常用的合成和天然高分子材料的结构、制备、物理化学特征以及其功能与应用的一门学科。与药用高分子材料学相关的学科药剂学有机化学高分子化学药用高分子材料学一、目的与任务目的：1.了解药用高分子材料学中最基本理论、最基本的知识和最常用的辅料的结构，物理化学性质，性能及用途。2.初步应用所学的知识来处理一些问题。任务：着重于一般高分子材料的理论知识和药用辅料的介绍。本课程主要介绍的基本知识1、高分子材料的一般知识：命名、分类、化学结构、化学反应、物理化学性能。2、药用高分子材料的来源、生产、化学结构、性能、应用。二、高分子材料在药剂学中的应用方面:传统制剂；缓释、控释制剂、靶向制剂；包装材料。药用辅料广义上指的是能将药理活性物质制备成药物制剂的各种添加剂，其中具有高分子特征的辅料，一般称为药用高分子辅料。国际药用辅料协会（IPEC）的定义是：药用辅料是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组分。药用辅料的作用在药物制剂制备过程中有利于成品的加工。加强药物制剂稳定性，提高生物利用度或病人的顺应性。有助于从外观鉴别药物制剂。增强药物制剂在贮藏或应用时的安全和有效。高分子材料作为药物辅料的基本要求1、无毒、无抗原性，具有良好的生物相容性；2、机械强度（强度、弹性、持久性）；3、降解性；4、载药能力；5、释药能力；6、灭菌性。高分子材料在药物制剂中的应用主要有六个方面的应用1、固体制剂辅料作用：粘合剂、崩解剂、稀释剂、润滑剂、包衣材料。种类：MCECHPCHPMCPVACAP2、液体或半固体制剂辅料作用：共溶剂、油脂性溶剂、助悬剂、胶凝剂、乳化剂、分散剂、增溶剂种类：纤维素的酯及醚、carbomer、poloxamer、PEG、PVP3、新型给药装置的组件种类：EVA、聚酰胺、硅橡胶、聚氨酯4、控释制剂中作药物载体（生物降解）种类：聚酯（聚乳酸、聚己内酯）、聚乙醇酸、聚酰胺、聚酸酐、乙烯/醋酸乙烯共聚物。作用：植入、微球、控释片、肠线。5、生物粘着性材料作用：口腔、胃肠粘膜。种类：纤维素的醚（HPC、MC、CMC-Na）、海藻酸钠、聚丙烯酸酯、聚异丁烯共聚物。6、药物产品的包装材料PE、PP、PVC、PET等三、药用高分子材料的发展⑴现代制剂发展的需求；⑵国外发展：规格、品种；⑶国内发展：近10年来发展起来。四、重点开发工作展望1、开发性能优良，国外已收载的药用聚合物；2、现有品种不同规格；3、寻找新的药用高分子材料（天然或化学修饰）；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。五、有关药用高分子材料的法规新辅料的分类：一类：新创制或国外只有文献报道的药用辅料，或者已有的化合物首次作为辅料用作制剂的。二类：国外已批准的药用辅料、已有的食品添加剂首次作为辅料。国际标准组织制定了统一标准的方法（ISO9000），各国也有自己相应的法规。第一章概论本章要求:掌握高分子的定义，高分子链的重复单元，高分子的科学分类法掌握高分子链的构成，高分子链结构的特点，高分子聚集态结构及特点熟悉聚合物的结晶态的特点，影响聚合物结晶过程的因素，结晶对聚合物性能的影响了解聚合物的取向态和织态结构第一节基本概念一、高分子链的构成1.有关高分子的基本概念高分子化合物（macromolecules）（简称高分子）：是一类分子量很高的化合物，高达104—106（1万–100万）；其分子链是由许多简单的结构单元以一定方式重复连接而成，因此高分子化合物又称聚合物（polymer）。高分子化合物：是以共价键连接若干个重复单元所形成的长链结构为基础的大分子量化合物，聚合物：高聚物、低聚物的混合物。聚合物结构和分子量决定高分子具有特殊的物理–力学性能。常见术语1、主链：构成高分子骨架结构，以化学键结合的原子集合。最常见的是碳链，偶尔有非碳原子夹入，如杂入的O、S、N等原子。2、侧链或侧基：连接在主链原子上的原子或原子集合，又称支链。支链可以较小，称为侧基；可以较大，称为侧链。3、单体：能够形成结构单元的小分子组成的化合物，是合成聚合物的原料。4、单体单元：组成高分子链的基本结构单元，通常与形成高分子的原料相联系，所以称单体单元。5、结构重复单元：又叫链节，是高分子中重复出现的那部分，高分子的结构式常用表示，n为链节的数目。6．聚合度：聚合物分子中，单体单元的数目叫聚合度。聚合度常用符号DP(DegreeofPolymerization)表示，它是聚合物中所含各同系分子重复单元数的平均值，它是衡量高分子大小的一个指标。聚合物的分子量：M=n×M0。例：聚氯乙烯（PVC）～～～CH2-CH-CH2-CH–CH2–CH……CH2–CH～～～ClClClCl结构简式：[CH2-CH]nCl聚苯乙烯（PST）～～～CH2-CH-CH2-CH–CH2–CH……CH2–CH～～～结构简式：[CH2-CH]n如：PVC的结构单元、重复单元、单体单元是相同的。[CH2-CH]nCl又如：聚酰胺结构单元与重复单元不同聚酰胺[NH(CH2)6NH·CO(CH2)4CO]n←结构单元→∣←结构单元→重复单元二、高分子的分类和命名（一）、分类：1.习惯分类法塑料：在一定条件下具有流动性，可塑性的高分子。橡胶：室温下具有高弹性的高分子材料、可逆形变。纤维：具有一定强度的线状或丝状高分子材料。2.科学分类法根据主链结构分为三大类。(1)有机高分子：碳链：C（主链）（均链有机高分子）。杂链：C、O、S、N、P等杂原子，聚醚、聚酯、聚酰胺、芳环。(2)元素有机高分子：主链中无C、由Si、B、Al、O、N、S、P，但侧基有C，如：聚二甲基硅氧烷,硅橡胶(3)无机高分子（主链、碳链均无碳原子）：石英、玻璃,聚氟磷氮（二）、命名1、习惯命名法：天然聚合物：专有名称：纤维素、淀粉、木质素、蛋白质。与来源有关：甲壳素、阿拉伯胶。衍生物：冠以衍生物基团名：CMC-Na。合成聚合物：以合成原料或者以链节来源的单体为基础，进行命名，一定程度上反应高分子化学结构的特征。“聚单体名”：一种单体加聚而成，如聚氯乙烯、聚苯乙烯。“聚链节名”：二种单体聚合成的产物如聚酯、聚酰胺、聚醚。共聚体：“单体名”共聚物，如乙烯-醋酸乙烯共聚物。2、商品名：纶：⑴尼龙：聚酰胺⑵涤纶：聚对苯二甲酸乙二醇酯.⑶腈纶：聚丙烯腈⑷丙纶：聚丙烯橡胶：⑴丁（二烯）苯（乙烯）橡胶⑵丁（二烯）（丙烯）腈橡胶⑶乙（烯）丙（烯）橡胶树脂：丙烯酸树脂、甲基丙烯酸与丙烯酸酯的共聚物。3、系统命名：IUPAC（国际纯化学和应用化学联合会）线型有机聚合物提出结构系统命名法。命名程序：⑴确定重复单元结构；⑵确定次级单元次序；⑶确定命名重复单元（根据化学结构）；⑷确定聚“重复单元名称”。如：［CH–CH2］nCl聚（1-氯代乙烯）第二节高分子链结构一、高分子的结构特点1、链结构：指单个大分子链中原子或基团的几何排列，即分子内结构、单个分子的结构和形态。近程结构（一次结构）：单个大分子链的结构单元的化学结构和立体化学结构。远程结构（二次结构）：单个大分子空间形态和构象，包括：空间形态、链柔顺性及构象。2、聚集态结构（三次结构）：是指单位体积内许多大分子链之间的几何排列、堆砌方式，即分子间结构，指高分子材料整体的内部结构。包括：晶态结构、非晶态结构、取向结构、液晶态结构、织态结构。3、结构与性能关系：近程：基础（反映高分子各种特性的最主要结构层次）m.p，dentisity，solubility。远程：构象→柔性和刚性。聚集态结构：加工过程中形成，直接影响材料力学性能、机械强度、开裂性能和透明性。三、近程结构研究对象：链段。包括：结构单元的组成、键接方式、空间排列、支化、交联等。1、结构单元的化学组成化学组成←→Polymer化学和物理性能。⑴主链含C：PS、PE、PP、PMMA—不易水解，耐热性差。⑵杂链高分子如：聚酯，耐热性强，主链带有极性，较易水解、醇解或酸解。⑶元素有机化合物：具有无机物的热稳定性及有机物的弹性和塑性2、键接结构：是指结构单元在高分子键中的连接方式。缩聚、开环聚合：如聚酰胺，键接方式一定。加聚：不同键接，得到不同聚合物。均聚物：由一种单体聚合而成的聚合物称均聚物。⑴均聚物结构单元的键接方式A、结构完全对称单体：只有一种键接。如：~CH2-CH2-CH2-CH2~B、结构不对称取代单体（PVC）单烯：有三种不同的键接顺序：头―头：~CH2—CH—CH—CH2~ClCl尾―尾:～CH—CH2—CH2—CH～ClCl头―尾:～ＣH—CH2—CH—CH2～ClCl规律：烯类单体加成—大多数头—尾键接（由于位阻效应和端基活性物种的共振稳定性两方面原因，一般聚合物以头-尾键接占大多数）。双烯丁二烯：CH2=CH—CH=CH21,2加成CH₂