CN102816088B

CN102816088B - 含叔胺结构不含双酚a结构的甲基丙烯酸酯大单体及其制法和应用

Info

Publication number: CN102816088B
Application number: CN201210234851.3A
Authority: CN
Inventors: 何经纬; 刘芳; 刘栋梁
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: Shanghai Quality Technology Co Ltd
Priority date: 2012-07-06
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-07-06
Also published as: CN102816088A

Abstract

本发明公开了含叔胺结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体及其制法和应用。本发明制备的含叔胺结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体，可以作为牙科修复材料的有机单体组分。该大单体具有分子量大、分子体积大、不含双酚A结构、含叔胺结构等特点，因此，该大单体可以用作光引发聚合的共引发剂，并且该大单体在聚合时聚合体积收缩率较小，聚合产物有较好的机械性能。

Description

含叔胺结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体及其制法和应用

技术领域

本发明涉及可用作光引发聚合体系的甲基丙烯酸酯大单体，具体涉及一系列含叔胺结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体及其制法和应用。

背景技术

龋齿和牙髓根尖周病是口腔临床中的多发病和常见病，其中龋齿被世界卫生组织列为是人类三大疾病之一,据《第三次全国口腔健康流行病学调查报告》显示，我国乳牙和恒牙患龋齿率分别高达66%和28%，若得不到及时治疗，将会继续发展为牙髓根尖周病，甚至会引起牙槽骨和颌骨炎症，严重影响患者的生活质量。因此，对龋齿和牙髓根尖周病进行有效的修复治疗十分必要。

含甲基丙烯酸酯结构的单体是光固化牙科修复材料不可缺少的有机组分。目前利用含甲基丙烯酸酯结构的单体制备光固化牙科修复材料不仅有大量的研究报道，而且已有许多已在临床中得到应用。专利US3066112和US6030606公开的一种含有双酚A结构的甲基丙烯酸酯类单体Bis-GMA是目前临床上最常用的甲基丙烯酸酯类牙科修复材料的主体树脂。虽然Bis-GMA相比较于甲基丙烯酸甲酯等小分子量单体而言具有较低的聚合收缩率，但是在临床上由于其聚合收缩所造成的治疗失败仍不可避免。

为了解决甲基丙烯酸酯类牙科修复的聚合收缩问题，合成具有大分子量和大分子体积的甲基丙烯酸酯单体的研究相当活跃，例如JunhaoGe等在双酚A结构的基础上合成了两种分子量分别为777，889的新型甲基丙烯酸酯大单体MtBDMA和DtBDMA，实验结果表明这两种大分子量和大体积单体可以有效降低聚合收缩率。Joong-Gon Ki等以1,1,1-三羟苯基乙烷，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯等为原料合成了一系列三官能度的甲基丙烯酸酯类大单体，该系列大单体的收缩率比Bis-GMA 要低很多，同时吸水性，水溶性以及双键转化率等性能也较好。Chan-Moon Chung等利用Bis-GMA，邻苯二甲酸酐合成了带有三个苯环结构的新单体，发现该单体的聚合收缩率（2.13%）比Bis-GMA的收缩率（2.74%）小，并且其水溶性（1.27μg/mm³）明显低于含Bis-GMA材料的水溶性（2.10μg/mm³）。

虽然以上大分子量和大体积单体可以降低甲基丙烯酸酯类牙科修复材料的聚合收缩，但是这些单体都属于Bis-GMA的衍生物，它们的结构中都含有双酚A基团。而近年来对双酚A结构的制品的安全性遭到越来越多国家的质疑，认为含有双酚A结构的制品可能会引起很多疾病包括与激素相关的癌症，甚至可能会影响婴幼儿成长发育等安全性的问题。因此，临床使用的含双酚A 结构的甲基丙烯酸酯类牙科修复材料同样遭受安全性的质疑。

由于双酚A 结构的潜在危险性，合成非双酚A结构，低收缩的甲基丙烯酸酯大单体，并将其用于牙科修复材料逐渐成为研究的热点。Mohammad Atai等用3-异氰酸酯基亚甲基-3，5，5-三甲基环己基异氰酸酯（IPDI），聚乙二醇400（PEG400）,以及甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）为原料合成出了一种含氨基甲酸酯结构且不含双酚A 结构的新型甲基丙烯酸酯大单体，研究表明，该种大单体和临床用的树脂单体Bis-GMA相比，具有较高的双键转化率和较低的聚合收缩率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的牙科修复材料聚合收缩大且含有具有潜在毒性的双酚A结构的甲基丙烯酸酯单体等的缺陷，提供一系列不含双酚A结构，具有叔胺结构的多甲基丙烯酸酯大单体及其制法和应用。

本发明的另一个目的是提供上述新型甲基丙烯酸酯大单体在牙科修复材料中的应用。

本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：

含叔胺结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体，其结构式如式（Ⅰ）所示：

结构式（I）中R₁取结构式（II）的任意一种。

结构式（II）中 m为1到19中任意一个数值。

结构式（I）中R₂取结构式（III）中的任意一种。

结构式（III）中的n为0到27中任意一个数值。

本发明的含叔胺结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体的制备方法，包括如下步骤：

在装有磁子的三颈瓶中加入IPDI（3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯）或TDI（2,4-二异氰酸甲苯酯），在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断加入N-烷基二乙醇胺或三乙醇胺，用一定量的溶剂淋洗恒压滴液漏斗，在5~80℃下反应0.5～10小时，直至二异氰酸酯体系中的-NCO的量消耗接近理论值，水浴调节温度至15~90℃，然后通过恒压滴液漏斗向反应器中加入甲基丙烯酸羟烷基酯类化合物或2-羟基-1,3-二甲基丙烯酰氧基丙烷、催化剂和一定量阻聚剂，并用溶剂淋洗恒压滴液漏斗，反应时间2~18小时，然后对反应产物进行提纯处理。

其中N-烷基二乙醇胺包括N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、N-丙基二乙醇胺、N-丁基二乙醇胺、N-戊基二乙醇胺、N-己基二乙醇胺、N-庚基二乙醇胺、N-辛基二乙醇胺、N-壬基二乙醇胺、N-癸基二乙醇胺、N-十一烷基二乙醇胺、N-十二烷基二乙醇胺、N-十三烷基二乙醇胺、N-十四烷基二乙醇胺、N-十五烷基二乙醇胺、N-十六烷基二乙醇胺、N-十七烷基二乙醇胺、N-十八烷基二乙醇胺、N-十九烷基二乙醇胺、N-二十烷基二乙醇胺、N-二十一烷基二乙醇胺、N-二十二烷基二乙醇胺、N-二十三烷基二乙醇胺、N-二十四烷基二乙醇胺、N-二十五烷基二乙醇胺、N-二十六烷基二乙醇胺、N-二十七烷基二乙醇胺、N-二十八烷基二乙醇胺、N-二十九烷基二乙醇胺。

甲基丙烯酸羟烷基酯类化合物包括甲基丙烯酸羟乙基酯、甲基丙烯酸羟丙基酯、甲基丙烯酸羟丁基酯、甲基丙烯酸羟戊基酯、甲基丙烯酸羟己基酯、甲基丙烯酸羟庚基酯、甲基丙烯酸羟辛基酯、甲基丙烯酸羟壬基酯、甲基丙烯酸羟癸基酯、甲基丙烯酸羟十一烷基酯、甲基丙烯酸羟十二烷基酯、甲基丙烯酸羟十三烷基酯、甲基丙烯酸羟十四烷基酯、甲基丙烯酸羟十五烷基酯、甲基丙烯酸羟十六烷基酯、甲基丙烯酸羟十七烷基酯、甲基丙烯酸羟十八烷基酯、甲基丙烯酸羟十九烷基酯、甲基丙烯酸羟二十烷基酯。

溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷，乙酸乙酯、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、丙酮、丁酮、环已酮或N,N-二甲基甲酰胺的一种或几种以上混合物。

催化剂包括三乙胺、三亚乙基二胺、四甲基丁二胺、N,N-二甲基苄胺、二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡等中的一种或几种以上混合物。

阻聚剂包括对苯二酚、对苯醌、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、2,5-二叔丁基对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚等中的一种或几种以上混合物。

上述步骤的化学反应方程式（以IPDI、N-甲基二乙醇胺、HEMA为原料进行反应为例）如下所示。

本发明制备的不含双酚A结构，含叔胺结构的新型甲基丙烯酸酯大单体，可以作为光固化牙科修复材料的有机单体组分。该类大单体具有含叔胺和氨基甲酸酯结构、分子量大以及分子体积较大的特点，因此该类大单体可以促进光引发聚合反应和减少氧阻聚作用等特点，并且聚合时的聚合体积收缩较小。

现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明制备的新型甲基丙烯酸酯大单体的显著优点是不含双酚A结构、具有促进光引发聚合功能、可以减少氧阻聚作用、聚合时聚合收缩率低、双键转化率高、聚合产物力学性能好。因此，本发明制备的不含双酚A结构，含叔胺结构的新型甲基丙烯酸酯大单体具作为光固化牙科修复材料基体树脂的潜能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实施做进一步地描述，但本发明的实施和保护范围不限于此。

实施例1 MDEA-IPDI-HEMA（AC₁G）大单体

本实施例MDEA-IPDI-HEMA（AC₁G）大单体的制备方法包括如下步骤：

在装有磁子的250ml三颈瓶中加入22.23g IPDI，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断加入5.96g N-甲基二乙醇胺（MDEA），用2g的溶剂淋洗恒压滴液漏斗，在60℃下反应0.5小时，直至二异氰酸酯体系中的-NCO的量消耗接近理论值，水浴调节温度至90℃，然后通过恒压滴液漏斗向反应器中加入21.69g甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、0.010g催化剂和0.299g阻聚剂反应，加完料用溶剂淋洗恒压滴液漏斗，反应2小时，然后对反应产物进行提纯处理，产率83%。FT-IR: ν (cm-1) 3335, 3063, 2955, 2926, 2850, 1714, 1638, 1242； ¹H-NMR（400 MHz, DMSO）：δ 6.15 (s, 2H), δ 5.60 (s, 2H), δ 4.82 (s, 4H), δ 4.21-4.32 (m, 12H), δ 3.77-3.87 (m, 2H), δ 2.45-2.93 (m, 8H), δ 2.17 (s, 3H), δ 1.96 (s, 6H), δ 0.87-1.73 (m,30H)。

实施例2 MDEA-IPDI-HEMA（AC₁G）大单体

本实施例MDEA-IPDI-HEMA（AE₁G）大单体的的制备方法包括如下步骤：

在装有磁子的250ml三颈瓶中加入22.23g TDI，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断加入5.96g N-甲基二乙醇胺（MDEA），用2g的溶剂淋洗恒压滴液漏斗，在40℃下反应5小时，直至二异氰酸酯体系中的-NCO的量消耗接近理论值，水浴调节温度至60℃，然后通过恒压滴液漏斗向反应器中加入21.69g甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、0.010g催化剂和0.05g阻聚剂反应，加完料用溶剂淋洗恒压滴液漏斗，反应12小时，然后对反应产物进行提纯处理，产率91%。FT-IR: ν (cm-1) 3335,3063, 2955, 2926, 2850, 1714, 1638, 1242； ¹H-NMR（400 MHz, DMSO）：δ 6.15 (s, 2H), δ 5.60 (s, 2H),δ 4.82 (s, 4H), δ 4.21-4.32 (m, 12H), δ 3.77-3.87 (m, 2H), δ 2.45-2.93 (m, 8H), δ 2.17 (s, 3H),δ 1.96 (s, 6H), δ 0.87-1.73 (m, 30H)。

实施例3 MDEA-IPDI-HEMA（AC₁G）大单体

本实施例MDEA-IPDI-HEMA（AC₁G）大单体的的制备方法包括如下步骤：

在装有磁子的250ml三颈瓶中加入22.23g IPDI，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断加入5.96g N-甲基二乙醇胺（MDEA），用2g的溶剂淋洗恒压滴液漏斗，在20℃下反应10小时，直至二异氰酸酯体系中的一NCO的量消耗接近理论值，水浴调节温度至40℃，然后通过恒压滴液漏斗向反应器中加入21.69g甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、0.4988g催化剂和0.05g阻聚剂反应，加完料用溶剂淋洗恒压滴液漏斗，反应24小时，然后对反应产物进行提纯处理，产率87%。FT-IR: ν (cm-1) 3335, 3063, 2955, 2926, 2850, 1714, 1638, 1242； ¹H-NMR（400MHz, DMSO）：δ 6.15 (s, 2H), δ 5.60 (s, 2H), δ4.82 (s, 4H), δ 4.21-4.32 (m, 12H), δ 3.77-3.87 (m, 2H), δ 2.45-2.93 (m, 8H), δ 2.17 (s, 3H), δ1.96 (s, 6H), δ 0.87-1.73 (m, 30H)。

实施例4 MDEA-IPDI-HEMA（AC₁G）大单体的光引发促进作用

本实施例以不含双酚A结构，含叔胺结构的新型甲基丙烯酸酯大单体（AC₁G）作为光引发促进剂替代临床常用的光引发促进剂甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA），将其按不同比例加入到Bis-GMA/TEGDMA 树脂体系中（配方如表1所示），用红外光谱法测试AC₁G的含量对树脂体系双键转化率的影响，并与含DMAEMA的树脂体系进行比较，其结果如表2所示。

表1 AC₁G作为光引发促进剂的树脂体系以及参照树脂体系的组成配方

表2 AC₁G作为光引发促进剂的树脂体系以及参照树脂体系的双键转化率

由表2可见，AC₁G具有光引发促进作用，并且随着AC₁G含量的增加，其光引发促进作用越来越明显。

实施例5 MDEA-IPDI-HEMA（AC₁G）大单体作为主体树脂制备牙科修复材料用树脂基体的性能

本实施例以不含双酚A结构，含叔胺结构的新型甲基丙烯酸酯大单体（AC₁G）部分替代或全部替代临床上常用双酚A类二甲基丙烯酸酯Bis-GMA与活性稀释二甲基丙烯酸三乙二醇酯（TEGDMA）,光引发剂樟脑醌CQ，光引发促进剂甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA）互配（配方如表3所示）制备牙科修复用树脂基体，

表3 AC₁G作为主体树脂的树脂体系以及参照树脂体系的组成配方

研究该树脂体系聚合时的双键转化率，聚合收缩和聚合产物的力学性能，并与已商业化的Bis-GMA/TEGDMA 树脂体系进行比较。其结果如表4所示。

表4 AC₁G作为主体树脂的树脂体系以及参照树脂体系的双键转化率，聚合收缩和力学性能

由表4可见，相对于Bis-GMA而言，含有AC₁G作树脂体系具有较高的双键转化率，较低的聚合收缩以及较好的力学性能。

Claims

1.含叔胺结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体，其特征在于所述大单体的结构式为

其中R₁取如下结构式C_m、D中的任一种：

其中m为1到19中任意一个数值；

结构式A中R₂取如下结构式G、H_m、I中的任意一种，

其中n为0到27中任意一个数值。

2.权利要求1所述含叔胺结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

在装有磁子的三颈瓶中加入IPDI或TDI，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断加入N-烷基二乙醇胺或三乙醇胺，用溶剂淋洗恒压滴液漏斗，在5～60℃下反应直至二异氰酸酯体系中的-NCO百分比接近理论值，水浴调节温度至15～90℃，然后通过恒压滴液漏斗向反应器中加入甲基丙烯酸羟烷基酯类化合物或2-羟基-1,3-二甲基丙烯酰氧基丙烷、催化剂和阻聚剂，并用溶剂淋洗恒压滴液漏斗，反应时间2～18小时，然后对反应产物进行提纯处理；所述溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷，乙酸乙酯、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、丙酮、丁酮、环已酮或N,N-二甲基甲酰胺的一种或几种以上混合物；所述催化剂包括三乙胺、三亚乙基二胺、四甲基丁二胺、N,N-二甲基苄胺、二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡等中的一种或几种以上混合物；所述阻聚剂包括对苯二酚、对苯醌、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、2,5-二叔丁基对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚等中的一种或几种以上混合物。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述在5～60℃下反应的时间为0.5～10小时。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述IPDI或TDI与N-烷基二乙醇胺的摩尔比为2:1;与三乙醇胺的摩尔比为3:1；甲基丙烯酸羟烷基酯类化合物或2-羟基-1,3-二甲基丙烯酰氧基丙烷与N-烷基二乙醇胺或三乙醇胺的摩尔比为1:1；催化剂用量为反应物总质量的0.02%～1%；阻聚剂为反应物总质量的0.1%～0.6%。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述步骤中，N-烷基二乙醇胺中的烷基包括：甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、二十一烷基、二十二烷基、二十三烷基、二十四烷基、二十五烷基、二十六烷基、二十七烷基、二十八烷基、二十九烷基或环己烷基。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述步骤中，甲基丙烯酸羟烷基酯类化合物中的烷基包括：乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基或二十烷基。

7.权利要求1所述含叔胺结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体在作为牙科修复材料中作为光引发促进剂的应用。

8.权利要求1所述含叔胺结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体作为牙科修复材料中主体树脂的应用。