技术领域
本发明涉及可用作光引发聚合体系的单体，具体涉及一类三官能度季铵盐环氧(甲基) 丙烯酸酯单体及其制备方法。
背景技术
光固化复合树脂是在20世纪60年代被引入牙科领域，它主要由树脂基体、无机填料和 光引发体系组成，制备过程简单。该材料具有色泽美观，强度高，粘结固位效果好，有良好 的可塑性及固化后可打磨、抛光等优点；通过配制粘度适当的混合浆体，经过特定的光照射 后固化，即可用于牙齿的缺损修复。因此在牙科修复领域受到了广泛关注。近几年来，人们 在提高牙科光固化复合树脂的耐磨性能和聚合度，降低聚合收缩等方面进行了深入的研究， 以期全面提高材料的性能，延长材料的临床使用寿命，扩大材料的应用范围。
龋病是由多种因素导致的牙体硬组织慢性、进行性破坏，若形成龋洞且未得到及时修复， 病变会向深层发展，导致牙髓炎症、根尖周感染等并发症，造成组织破坏并引起剧烈的疼痛， 甚至影响全身健康。因此对龋齿进行有效的修复治疗十分必要。
牙齿材料学是现代口腔修复学中最活跃的研究领域，融合了材料科学、生命科学、高分 子化学及口腔学，近些年来发展迅速。而含甲基丙烯酸酯类结构的单体是光固化牙齿修复材 料必不可少的。其中专利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现已广泛用于牙齿修复材料中，与其他修复材料相比，它具有较低的聚合 体积收缩率、高粘结性以及优异的机械性能等特点。如今，商业化的甲基丙烯酸酯基修复材 料通常含有Bis‐GMA、聚氨酯类甲基丙烯酸酯(UDMA)以及二甲基丙烯酸三缩乙二醇 (TEGDMA)等单体。
与传统的陶瓷质修复材料相比，甲基丙烯酸酯树脂本身无抗菌活性，表面容易形成菌斑， 在修复操作完成后，细菌及微生物更加容易聚集在甲基丙烯酸酯修复材料表面或渗漏带粘接 界面间隙中，导致二次龋齿，甚至引起修复体脱落。因此，开发具有抗菌活性的丙烯酸酯基 牙科修复材料将成为预防二次龋齿发生、提高粘接持久性的最有效途径之一。
制备具有抗菌活性的甲基丙烯酸酯类牙科修复材料的一个途径就是引入具有抗菌活性基 团(如季铵盐结构)的甲基丙烯酸酯类单体。专利US5733949报道的Imazato及其团队合成 的一种牙科修复材料用甲基丙烯酸酯季铵盐单体甲基丙烯酰氧十二烷基溴吡啶(MDPB)就属 于这种抗菌剂，该单体的修复材料不仅可以有效降低变形链球菌及微生物在其表面的聚集， 而且可以与口腔高分子材料发生化学结合，由MDPB制备的牙科修复材料目前已经成功上市。 而第四军医大学的陈吉华教授团队开发的一种双甲基丙烯酸酯季铵盐DMAE‐CB也展示出对 口腔致病菌的优异抗菌性，并由其制备的牙科修复材料具有长效的抗菌活性。
然而，MDPB和DMAE‐CB的分子结构中只含有一个甲基丙烯酸酯结构，与树脂基质单体 聚合时交联率有限，在材料中MDPB和DMAE-CB的含量过高会导致材料的性能受影响，未 交联的抗菌性单体也有可能从树脂基材料中渗出，不利于口腔健康，以及这两种单体与牙科 修复材料常用的疏水性双甲基丙烯酸酯单体如TEGDMA存在难混合等问题。
发明内容
本发明克服现有技术中牙科修复材料单体与甲基丙烯酸酯单体难混合、交联率低的不足， 提供一类三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一类三官能度季铵盐环氧(甲基) 丙烯酸酯单体，其特征在于：结构式如下：
其中所述的R1～R7为烷基、环烷基、乙烯基或苄基，所述的R8为甲基或氢。
上述的一类三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体的制备方法，步骤如下：
(1)环氧季铵盐的制备：在装有磁子的的双口烧瓶中加入环氧氯丙烷和溶剂，冰水浴中 边搅拌边滴加三官能度三取代叔胺和溶剂的混合液，1-3h内滴完，滴完后继续反应1-3h，反 应结束后立即抽滤，用溶剂洗涤，真空干燥得到环氧季铵盐的白色晶体；
(2)单体的制备：在装有磁子的的三口烧瓶中加入1摩尔分数步骤(1)得到的环氧季铵 盐、溶剂及阻聚剂，加热至80～90℃，在搅拌状态下不断滴加3摩尔分数的(甲基)丙烯酸， 滴加完继续反应至红外910cm-1处环氧基团完全消失为止，减压蒸馏除去溶剂及余量(甲基) 丙烯酸得到目标产物。
上述步骤化学反应方程式如下(以N,N,N,N,N–五甲基二亚乙基三胺、环氧氯丙烷、丙烯 酸为原料进行反应为例)：
进一步地，步骤(1)和步骤(2)所述的溶剂包括乙醚、二氯甲烷、三氯甲烷，乙酸乙 酯、1,2-二氯乙烷、1，4-二氧六环、四氢呋喃、丙酮、丁酮、环已酮或N,N-二甲基甲酰胺的 一种或多种混合物。
作为优选，所述的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-叔丁基对苯二酚中的一种或多种混合物，所述阻聚剂用量为环氧季铵盐质量 的2％。
作为优选，步骤(1)中所述的三官能度三取代叔胺与环氧氯丙烷摩尔比为1:3-15。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明制备的新型环氧(甲基)丙烯酸酯单体是一种光固化树脂单体，通过配制粘度适 当的混合浆体，经过特定的光照射后固化，即可用于牙齿的缺损修复。改方法具有制备过程 简单，牙的材料色泽美观，强度高，粘结固位效果好，更有良好的可塑性及固化后可打磨、 抛光等优点。本发明制备的三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体在此基础上更引入了 抗菌性基团，增添了治疗龋齿的潜能。
附图说明
图1为实施例1制备的三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体的核磁氢谱图；
图2为实施例1中合成的单体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 曲线；
图3为实施例1中合成的单体作为主体树脂的树脂体系以及参照树脂体系的抗菌性测试 图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步地描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。
实施例1
步骤一：N,N,N,N,N–五甲基二亚乙基三胺环氧季铵盐的制备
在装有磁子的的双口烧瓶中加入0.3mol环氧氯丙烷和1,4‐二氧六环稀释，冰水浴中边搅 拌边滴加0.1molN,N,N,N,N–五甲基二亚乙基三胺和1,4‐二氧六环的混合液。1h内滴完。滴完 后继续反应5h。反应结束后立即抽滤，用溶剂洗涤，真空干燥得到环氧季铵盐的白色晶体。
步骤二：三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体
在在装有磁子的的三口烧瓶中加入0.1mol的环氧季铵盐，环己烷及2wt％的对苯二酚。 升温至80℃，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断滴加0.3mol的甲基丙烯酸。滴加完继续反 应一定时间，至红外910cm‐1处环氧基团完全消失为止。减压蒸馏除去溶剂及丙烯酸得到目 标产物。
实施例2
步骤一：N,N,N,N,N–五乙基二亚乙基三胺环氧季铵盐的制备
在装有磁子的的双口烧瓶中加入0.6mol环氧氯丙烷和无水乙醚稀释，冰水浴中边搅拌边 滴加0.1molN,N,N,N,N–五乙基二亚乙基三胺和无水乙醚的混合液。1.5h内滴完。滴完后继 续反应4h。反应结束后立即抽滤，用溶剂洗涤，真空干燥得到环氧季铵盐的白色晶体。
步骤二：三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体的制备
在在装有磁子的的三口烧瓶中加入0.1mol的环氧季铵盐，甲苯及2wt％的对羟基苯甲醚。 升温至85℃，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断滴加0.3mol的甲基丙烯酸。滴加完继续反 应一定时间，至红外910cm‐1处环氧基团完全消失为止。减压蒸馏除去溶剂及丙烯酸得到目 标产物。
实施例3
步骤一：N,N,N,N,N–五丙基二亚乙基三胺环氧季铵盐的制备
在装有磁子的的双口烧瓶中加入0.6mol环氧氯丙烷和四氢呋喃稀释，冰水浴中边搅拌边 滴加0.1molN,N,N,N,N–五丙基二亚乙基三胺和四氢呋喃的混合液。2h内滴完。滴完后继续 反应3h。反应结束后立即抽滤，用溶剂洗涤，真空干燥得到环氧季铵盐的白色晶体。
步骤二：三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体的制备
在装有磁子的的三口烧瓶中加入0.1mol的环氧季铵盐，环己酮及2wt％的甲基氢醌。升 温至90℃，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断滴加0.3mol的甲基丙烯酸。滴加完继续反应 一定时间，至红外910cm‐1处环氧基团完全消失为止。减压蒸馏除去溶剂及丙烯酸得到目标 产物。
实施例4
步骤一：N,N,N,N,N–五甲基二亚丙基三胺环氧季铵盐的制备
在装有磁子的的双口烧瓶中加入0.9mol环氧氯丙烷和N,N‐二甲基甲酰胺稀释，冰水浴中 边搅拌边滴加0.1molN,N,N,N,N–五甲基二亚丙基三胺和N,N‐二甲基甲酰胺的混合液。2.5h 内滴完。滴完后继续反应2h。反应结束后立即抽滤，用溶剂洗涤，真空干燥得到环氧季铵盐 的白色晶体。
步骤二：三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体的制备
在在装有磁子的的三口烧瓶中加入0.1mol的环氧季铵盐，1，4‐二氧六环及2wt％的2‐叔 丁基对苯二酚。升温至95℃，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断滴加0.3mol的甲基丙烯酸。 滴加完继续反应一定时间，至红外910cm‐1处环氧基团完全消失为止。减压蒸馏除去溶剂及 甲基丙烯酸得到目标产物。
实施例5
步骤一：N,N,N,N,N–五乙基二亚丙基三胺环氧季铵盐的制备
在装有磁子的的双口烧瓶中加入1.2mol环氧氯丙烷和丙酮稀释，冰水浴中边搅拌边滴加 0.1molN,N,N,N,N–五乙基二亚丙基三胺和丙酮的混合液。3h内滴完。滴完后继续反应1h。 反应结束后立即抽滤，用溶剂洗涤，真空干燥得到环氧季铵盐的白色晶体。
步骤二：三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体的制备
在装有磁子的的三口烧瓶中加入0.1mol的环氧季铵盐，甲苯及2wt％的对苯醌。升温至 90℃，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断滴加0.3mol的甲基丙烯酸。滴加完继续反应一定 时间，至红外910cm‐1处环氧基团完全消失为止。减压蒸馏除去溶剂及甲基丙烯酸得到目标 产物。
实施例6
步骤一：N,N,N,N,N–五丙基二亚丙基三胺环氧季铵盐的制备
在装有磁子的的双口烧瓶中加入1.5mol环氧氯丙烷和丙酮稀释，冰水浴中边搅拌边滴加 0.1molN,N,N,N,N–五丙基二亚丙基三胺和丙酮的混合液。3h内滴完。滴完后继续反应2h。 反应结束后立即抽滤，用溶剂洗涤，真空干燥得到环氧季铵盐的白色晶体。
步骤二：三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体的制备
在装有磁子的的三口烧瓶中加入0.1mol的环氧季铵盐，甲苯及2wt％的对羟基苯甲醚。 升温至90℃，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断滴加0.3mol的甲基丙烯酸。滴加完继续反 应一定时间，至红外910cm‐1处环氧基团完全消失为止。减压蒸馏除去溶剂及甲基丙烯酸得 到目标产物。
含实施例1中的三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体、MDPB和DMAE-CB单体 牙科用树脂的双键转化率测试：
本实施例将实施例1中的三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体、MDPB和DMAE-CB 单体分别与牙科修复材料常用的稀释剂TEGDMA混合，研究所制备的树脂体系固化时的双 键转化率。其树脂配方如下：单体：TEGDMA：CQ：DMAEMA＝49.3：49.3：0.7：0.7。
图2为实施例1中合成的树脂单体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；从图2中可以看出，实施例1中的三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体的双键 转化率(DC％)远大于其他两种MDPB和DMAE-CB的双键转化率。
含实施例1中的三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体、MDPB和DMAE-CB单体 牙科用树脂的抗菌性的测试。
本实施例将实施例1中单体、MDPB和DMAE-CB单体分别于牙科修复材料常用的稀释 剂TEGDMA混合，研究所制备的树脂固化后口腔常见的致龋菌变形链球菌进行抗菌性测试。 其树脂配方如下：单体：TEGDMA：CQ：DMAEMA＝49.3：49.3：0.7：0.7。其结果如图3 所示。
由图3可知，在牙科修复材料用树脂体系中加入实施例1中合成的三官能度季铵盐环氧 (甲基)丙烯酸酯单体以及MDPB、DMAE-CB单体对变形链球菌有一定的抗菌性能，其中 实施例1中合成的三官能度季铵盐环氧(甲基)丙烯酸酯单体的抗菌性最好。