一種聚乙二醇ω-胺基酸及其製備方法

2023-05-29 17:28:21 1

專利名稱：一種聚乙二醇ω-胺基酸及其製備方法
技術領域：
本發明屬於高分子合成化學技術領域，涉及一種聚乙二醇ω-胺基酸及製備方 法。
背景技術：
聚乙二醇ω-胺基酸即聚乙二醇(PEG)鏈的兩端分別是氨基和羧基，氨基和羧基 可以分別與兩個具有不同特性的分子連接。化合物通過與PEG共價後，可以獲得PEG的一 些優良特性。例如，作為生物材料，增加其化合物的表觀分子量，可減少腎臟過濾，減少免疫 系統的識別和酶的水解，延長化合物在體內的半衰期；同時增加化合物的水溶性，改變生物 分配等。因此，聚乙二醇ω-胺基酸可廣泛應用於靶向藥物合成，生物傳感，免疫分析以及 多肽合成等領域。目前，聚乙二醇ω-胺基酸多數是利用雙官能團的引發劑選擇性引發環氧乙 燒開環聚合製備。如Zhang S 等人(Reactive and Functional Polymers 2003 ；56 17)利用氰化甲基鉀引發環氧乙烷聚合得到聚乙二醇ω-胺基酸。M.D.本特利等人(CN 1374875(2002))利用一個帶有可除去基團W且結構式為W-Poly-OH的中間體聚合物獲得聚 乙二醇ω-胺基酸，但該中間體W-Poly-OH仍需要環氧乙烷聚合得到。由於引發體系的小 分子化合物常需要相當複雜的合成步驟，且在環氧乙烷的開環聚合過程中，會伴隨有一定 量的副產物，或者得到的聚乙二醇ω-胺基酸具有很寬的分子量單分散性。特別是其合成 過程中使用易燃和高毒性的環氧乙烷，常常給聚乙二醇ω-胺基酸的製備帶來危險。為了克服上述方法存在的安全性問題，採用對PEG鏈兩端的羥基進行修飾得到聚 乙二醇 ω-胺基酸的方法。Zalipsky 等人(Polymeric Preprints, 1986,27 1)將過量 PEG 與氯化亞碸反應得到一個末端羥基被氯代的PEG，再對單氯代PEG的兩端分別進行修飾得 到聚乙二醇ω-胺基酸。這個方法雖然條件溫和，但由於PEG兩端的羥基活性相同，即使嚴 格控制反應的量，最終還是單氯代、雙氯代及未氯代PEG的混合物，單氯代的產率並不高， 且需要複雜分離的操作。因而，尋找一種簡單且安全的製備聚乙二醇ω-胺基酸的方法具 有非常重要的意義。

發明內容
本發明的目的是提出一種聚乙二醇ω-胺基酸及其製備方法。本發明中一種聚乙二醇ω-胺基酸，其化學結構式如下 其中η = 2-43。本發明提出的聚乙二醇ω-胺基酸，其製備方法包括如下步驟(1) α，ω-二羧基聚乙二醇的製備
將聚乙二醇(PEG)、溴化鈉、2，2，6，6-四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)溶於少量水 中，冰浴下磁力攪拌溶解。加入次氯酸鈉溶液，並用鹽酸調節PH為10左右。其中，PEG、溴 化鈉、TEMPO、次氯酸鈉的投料摩爾為1 0. 2 0.01 6。維持反應溫度為0°C及pH為 10，反應1 3h。調節pH為酸性，乙醚洗滌；再經二氯甲烷萃取，旋蒸，乙醚沉澱，真空乾燥 得α，ω-二羧基聚乙二醇。(2) α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇的製備將步驟1製備的α，ω-二羧基聚乙二醇溶解在二氯甲烷溶劑中，與2-氯三苯甲 基氯樹脂反應，α，ω-二羧基聚乙二醇一端的羧基與2-氯三苯甲基氯反應，通過碳氧單鍵 連接到2-氯三苯甲基氯樹脂上。通過稱重法估算α，ω-二羧基聚乙二醇的上載率，計算
公式為
反應後樹脂的重量-反應前樹脂的重量 卜載率=-
雙+ 反應前樹脂的重量X取代度X (MW-36. 5)其中，Mw為α，ω - 二羧基聚乙二醇的相對分子量。2-氯三苯甲基氯與α，ω-二羧基聚乙二醇的物質的量比為1 2. 0 3. 0。在 耦合劑二環己基碳二亞胺(DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)作用下，接枝在樹脂上的α， ω-二羧基聚乙二醇上游離的羧基與甲醇發生酯化反應；形成下面的樹脂結構 接枝到樹脂上的α，ω-二羧基聚乙二醇與DCC和DMAP的物質的量的比為 1.0 1.1 2.0 0. 05 0. 1。重複進行1 2次，每次反應時間為10 12h，孔雀石綠
顯色試驗監測反應進程。反應結束後，經含1 %三氟乙酸的二氯甲烷溶液裂解，旋蒸，冰乙醚 沉澱，真空乾燥得α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇。未接枝到樹脂上的α，ω-二羧基聚乙 二醇在洗脫下來之後，經旋蒸，乙醚沉澱，真空乾燥，即可回收重複使用。(3) α-疊氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇的製備將α -羧基-ω -甲酯基聚乙二醇溶於丙酮，冰浴下磁力攪拌溶解，加入三乙胺，其 用量是原料α _羧基- ω-甲酯基聚乙二醇的物質的量的1. 0 3. 0倍，接著加入氯甲酸乙 酯，其用量是α -羧基-ω -甲酯基聚乙二醇的物質的量的1. 0 3. 0倍；反應30min，再加 入1. 0 5. OM的疊氮化鈉水溶液，其中疊氮化鈉用量是α -羧基- ω-甲酯基聚乙二醇的 物質的量的1. 0 2. 0倍；冰浴下繼續反應Ih ；反應結束後旋蒸，加入少量冰水，二氯甲烷 萃取，旋蒸，冰乙醚沉澱，真空乾燥得α-疊氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇。(4)聚乙二醇ω-胺基酸的製備將α-疊氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇溶於少量二氯甲烷中，加入到過量叔丁醇 中，80°C回流反應5 10h，旋蒸。(5)聚乙二醇ω -胺基酸的純化
用矽膠柱層析的方法對步驟(4)製備的聚乙二醇ω-胺基酸純化，洗脫液配比為 氯仿與甲醇體積比5 1。本發明提出了一種聚乙二醇ω -胺基酸及其製備方法，製備過程簡單，條件溫和， 產率達70%以上。產品通過簡單的萃取和柱層析的方法進行分離、純化，避免了色譜法分離 產品的複雜操作，經過紅外光譜和核磁共振譜分析，證明得到了純淨的聚乙二醇ω-氨基 酸。所合成的聚乙二醇ω-胺基酸結構新穎，可以分別在酸性和鹼性條件下選擇性脫除氨 基和羧基的保護基團，然後分別與兩個具有不同特性的大分子或化合物相連接，可廣泛應 用於靶向藥物合成，生物傳感，免疫分析以及多肽合成等領域。


圖1為實施例1製備的聚乙二醇圖2為實施例1製備的聚乙二醇
ω-胺基酸的紅外光譜圖； ω -胺基酸的核磁共振氫譜，溶劑為CDC13。
具體實施例方式下面結合實施例旨在進一步說明本發明，而非限制本發明。實施例1 將6g聚乙二醇(PEG,分子量為1000)，0. 12g溴化鈉，0. Olg TEMPO溶解到20mL水 中，冰浴下磁力攪拌。量取26mL次氯酸鈉溶液(有效氯> 10%)加入，並滴加-ol·!/1鹽 酸調節PH值在10左右。維持反應溫度和pH值不變，反應1 2h。反應結束後，加入3mL 乙醇終止反應。滴入4mol化―1鹽酸調節pH值小於2，加入乙醚洗滌3次。加入二氯甲烷萃 取並取油相旋蒸，再經乙醚沉澱，真空乾燥得α，ω-二羧基聚乙二醇5.93g，產率96. 1%。將2g 二氯三苯甲基氯樹脂(交聯度DVB，取代度0. 95mmol · g—1)在二氯甲烷 中溶脹lOmin。將5g合成的α，ω - 二羧基聚乙二醇溶解於少量二氯甲烷，並加入到樹脂 中。滴加2.5mL N，N-二異丙基乙胺(DIEA)，室溫下反應2. 5h。反應結束後將樹脂過濾，收 集濾液並旋蒸，加入冰乙醚沉澱，回收得到未參加反應的α，ω-二羧基聚乙二醇。向樹脂 中加入二氯甲烷和甲醇的混合液(其體積比為17 3)，並滴加2.5mL的DIEA，室溫下繼續 反應30min。反應結束後，用二氯甲烷洗滌樹脂3次。稱重法估算α，ω-二羧基聚乙二醇 的上載率為48%。向樹脂中加入40mL 二氯甲烷和甲醇的混合液(其體積比為17 3)，加 入280mg DCC和6mg DMAP,於室溫下反應10_12h。過濾樹脂並重複酯化步驟，反應10_12h。 反應過程中取少量樹脂，用甲醇洗滌，加入2mL孔雀石綠的乙醇溶液並滴加一滴三乙胺，反 應2min，用乙醇洗滌樹脂直至洗滌液為無色，觀察樹脂的顏色，若樹脂為綠色則表示反應未 完全，須繼續反應；若樹脂為黃色則表示反應完全。待反應完全後，樹脂用二氯甲烷洗滌3 次。向樹脂加入30mL含三氟乙酸(TFA)的二氯甲烷溶液，室溫下裂解20min。濾除樹 脂，收集濾液並旋蒸，冰乙醚沉澱，真空乾燥得α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇0.88g。將得到的α _羧基-ω-甲酯基聚乙二醇溶於丙酮和少量水的混合溶液中，冰浴下 磁力攪拌溶解。滴加0. 18mL三乙胺和0. 12mL氯甲酸乙酯，反應30min，然後加入82mg疊氮 化鈉的水溶液，繼續反應lh。反應結束後旋蒸，加入少量冰水，二氯甲烷萃取，旋蒸，再經冰 乙醚沉澱，真空乾燥得α 「疊氮羰基_ ω -甲酯基聚乙二醇0. 74g，產率82.1%。將上一步的α-疊氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇溶於少量二氯甲烷中，磁力攪拌下
6滴加至50mL叔丁醇中，80°C回流反應5h。反應結束後，旋蒸，得粗產品。經矽膠柱層析分 離，洗脫液為氯仿甲醇(5 1，v/v)，得聚乙二醇ω-胺基酸0.68g，產率89.2%。通過紅外光譜和核磁共振波譜表徵，有叔丁基氧羰基保護的氨基和甲酯基存在。實施例2 將IOg聚乙二醇(PEG，分子量為2000)，IOOmg溴化鈉，8mg TEMPO溶解到20mL中， 冰浴下磁力攪拌。量取22mL次氯酸鈉溶液(有效氯> 10% )加入，並滴加4mol · L—1鹽酸 調節PH值為10左右。維持反應溫度和pH值不變，反應l_2h。反應結束後，加入3mL乙醇 終止反應。滴入4mol 鹽酸調節pH值小於2，加入乙醚洗滌5次。加入二氯甲烷萃取 並取油相旋蒸，再經乙醚沉澱，真空乾燥得α，ω-二羧基聚乙二醇10. lg，產率99.2%。將2g 二氯三苯甲基氯樹脂(交聯度DVB，取代度0. 95mmol/g)在二氯甲烷中 溶脹lOmin。將IOg合成的α，ω - 二羧基聚乙二醇溶解於少量二氯甲烷，並加入到樹脂 中。滴加2.5mL DIEA，室溫下反應2.5h。反應結束後將樹脂過濾，收集濾液並旋蒸，加入冰 乙醚沉澱，回收得到未參加反應的α，ω-二羧基聚乙二醇。向樹脂中加入二氯甲烷和甲醇 的混合液(體積比為17 3)，並滴加2.5mLDIEA，室溫下繼續反應30min。稱重法估算α， ω-二羧基聚乙二醇的上載率為30%。反應結束後，用二氯甲烷洗滌樹脂3次。向樹脂中 加入40mL 二氯甲烷和甲醇的混合液(體積比為17:3)，加入18mg DCC和4mg的DMAP，於 室溫下反應10-12h。過濾樹脂並重複酯化步驟，反應10-12h。反應過程中取少量樹脂，用 甲醇洗滌，加入2mL孔雀石綠的乙醇溶液並滴加一滴三乙胺，反應2min，用乙醇洗滌樹脂直 至洗滌液為無色，觀察樹脂的顏色，若樹脂為綠色則表示反應未完全，須繼續反應；若樹脂 為黃色則表示反應完全。待反應完全後，樹脂用二氯甲烷洗滌3次。向樹脂加入30mL 1% TFA的二氯甲烷溶液，室溫下裂解20min。濾除樹脂，收集濾液並旋蒸，冰乙醚沉澱，真空幹 燥得α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇1.05g。將上一步的α -羧基-ω-甲酯基聚乙二醇溶於丙酮和少量水的混合溶液中，冰浴 下磁力攪拌溶解。滴加0. IlmL三乙胺和0. 073mL氯甲酸乙酯，反應30min，然後加入50mg 疊氮化鈉的水溶液，繼續反應lh。反應結束後旋蒸，加入少量冰水，二氯甲烷萃取，旋蒸，再 經冰乙醚沉澱，真空乾燥得α -疊氮羰基- ω-甲酯基聚乙二醇0. 91g，產率85. 6%。將上一步的α-疊氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇溶於少量二氯甲烷中，磁力攪拌下 滴加至50mL叔丁醇中，80°C回流反應5h。反應結束後，矽膠柱層析分離，洗脫液為氯仿甲 醇(5 1，v/v)，得聚乙二醇ω-胺基酸0.81g，產率87. 7%。通過紅外光譜和核磁共振波譜表徵，有叔丁基氧羰基保護的氨基和甲酯基存在。
權利要求
一種聚乙二醇ω 胺基酸，其特徵在於，結構式如下其中n＝2 43。FDA0000024848560000011.tif
2.權利要求1所述的聚乙二醇ω-胺基酸的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟(1)α，ω-二羧基聚乙二醇通過固相反應對一端羧基進行甲酯保護，生成α-羧 基-ω-甲酯基聚乙二醇；(2)α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇與三乙胺和氯甲酸乙酯反應生成混合酸酐，再與疊 氮化鈉發生疊氮化反應，生成α 「疊氮羰基- ω-甲酯基聚乙二醇；(3)α -疊氮羰基-ω -甲酯基聚乙二醇與叔丁醇發生Curtius重排反應，生成聚乙二醇 ω -胺基酸；(4)將聚乙二醇ω-胺基酸經矽膠柱層析分離純化。
3.根據權利要求2所述的聚乙二醇ω-胺基酸的製備方法，其特徵在於，所述的步驟 (1)的具體過程包括將α，ω-二羧基聚乙二醇溶解在二氯甲烷溶劑中，與2-氯三苯甲基氯樹脂反應，α， ω - 二羧基聚乙二醇一端的羧基與2-氯三苯甲基氯反應，通過碳氧單鍵連接到2-氯三苯甲 基氯樹脂上；在耦合劑二環己基碳二亞胺和4- 二甲氨基吡啶作用下，接枝在樹脂上的α， ω-二羧基聚乙二醇上游離的羧基與甲醇發生酯化反應，產物經含三氟乙酸的二氯甲 烷溶液裂解後，旋蒸，冰乙醚沉澱，真空乾燥得α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇。
4.根據權利要求3所述的聚乙二醇ω-胺基酸的製備方法，其特徵在於，所述的 2_氯三苯甲基氯樹脂，目數為100-200目，交聯度為DVB;樹脂的取代度為0. 3mmol/ g-1. 2mmol/g0
5.根據權利要求3所述的聚乙二醇ω-胺基酸的製備方法，其特徵在於，所述的2-氯 三苯甲基氯與α，ω-二羧基聚乙二醇的物質的量比為1 2.0 3.0;接枝到樹脂上 的α，ω-二羧基聚乙二醇與二環己基碳二亞胺和4-二甲氨基吡啶的物質的量的比為 1. 0 1. 1 2. 0 0. 05 0. 1。
6.根據權利要求3所述的聚乙二醇ω-胺基酸的製備方法，其特徵在於，所述的接枝到 樹脂上的α，ω-二羧基聚乙二醇與甲醇的酯化反應重複進行1 2次，每次反應的時間為 10 12h，以孔雀石綠顯色試驗監測反應進程。
7.根據權利要求2所述的聚乙二醇ω-胺基酸的製備方法，其特徵在於，步驟(2)所述 的α-疊氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇的具體生成過程包括將步驟(1)得到的α-羧基-ω-甲酯基聚乙二醇溶於丙酮，冰浴下磁力攪拌溶解，加 入三乙胺，其用量是原料α -羧基-ω -甲酯基聚乙二醇的物質的量的1. 0 3. 0倍，接著 加入氯甲酸乙酯，其用量是α _羧基-ω-甲酯基聚乙二醇的物質的量的1. 0 3. 0倍；反 應30min，再加入1. 0 5. OM的疊氮化鈉水溶液，其中疊氮化鈉用量是α -羧基- ω-甲酉旨 基聚乙二醇的物質的量的1. 0 2. 0倍；冰浴下繼續反應Ih ；反應結束後旋蒸，加入冰水， 二氯甲烷萃取，旋蒸，冰乙醚沉澱，真空乾燥得α-疊氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇。
8.根據權利要求2所述的聚乙二醇ω-胺基酸的製備方法，其特徵在於，步驟(3)所述的聚乙二醇ω-胺基酸的具體生成過程包括將步驟(2)得到的α-疊氮羰基-ω-甲酯基聚乙二醇溶於少量二氯甲烷中，加入到過 量叔丁醇中，80°C回流反應5 10h，旋蒸。
9.根據權利要求2所述的聚乙二醇ω-胺基酸的製備方法，其特徵在於，步驟(4)所述 的聚乙二醇ω-胺基酸經矽膠柱層析的方法分離和純化時，洗脫液配比為氯仿與甲醇體積 比 5 1。
全文摘要
本發明屬於高分子合成化學技術領域。具體涉及一種聚乙二醇ω-胺基酸及其製備方法。首先將聚乙二醇兩端羥基氧化為羧基，然後通過親核取代反應將端基為羧基的聚乙二醇接載到樹脂上，游離的羧基通過甲酯進行保護。將一端甲酯保護的雙羧基聚乙二醇從樹脂上裂解下來後，對游離的羧基通過疊氮化反應、Curtius重排反應進行修飾得到叔丁基氧羰基保護的氨基。本發明克服了現有方法合成聚乙二醇ω-胺基酸存在的分離純化繁雜的缺點，本發明是採用固相反應、疊氮化反應和Curtius重排反應，條件溫和，合成路線簡短，分離純化簡單，產率達70％以上。這種聚乙二醇ω-胺基酸可廣泛應用於靶向藥物合成，生物傳感，免疫分析以及多肽合成等領域。
文檔編號C07C269/00GK101891886SQ20101026011
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月23日 優先權日2010年8月23日
發明者劉又年, 張春曉, 郝遠強, 陳萬松 申請人:中南大學