分子量可控聚l-穀氨酸製備方法

2023-12-06 08:59:06

專利名稱：分子量可控聚l-穀氨酸製備方法
技術領域：
本發明涉及一種基於ニ環己胺引發N-羧酸酐(N-carboxyanhydride,簡稱NCA)開環聚合，採用新型——三甲基碘矽烷脫保護劑等，去苄基，獲得分子量可控的聚L-穀氨酸的製備方法，該製備方法屬於高分子材料技術領域。
背景技術：
隨著生物科學技術的發展，新一類可降解材料——聚胺基酸材料應運而生，成為研究熱點。聚胺基酸的胺基酸単體單元是用醯胺鍵(氨基和羧基脫去小分子水)連接的。聚胺基酸作為醫用材料具有明顯優點其在體內可降解生成簡單的a-胺基酸，降解產物無毒性。聚胺基酸是ー種重要的生物材料，它們被廣泛地應用於載藥、生物組織工程和傳感器等領域。聚L-穀氨酸是ー種良好的聚胺基酸材料。其分子鏈上分布著大量的游離羧基，易於用藥物來修飾，從而用於特殊藥物的載體。由於其具有ー些特殊的性質，如手性、多肽鏈獨特的ニ級結構，顯示出與細胞良好的生物相容性，且其在體內能夠自行降解成胺基酸單體，降解產物能被機體吸收和排洩，不會在體內積蓄並產生毒副作用，不用再經手術除去，已被廣泛應用於藥物緩釋和生物組織工程領域。目前聚穀氨酸的製備主要有化學合成法(也稱NCA法)[Chem. Ber. , 1906, 39:857 861]、提取法[專利ー種Y —聚穀氨酸的高效提取方法.申請號201010608782]和微生物聚合法[Troy FA. Chemistry and biosynthesis of the poly ( Y -D-glutamyl)capsule in bacillus lichenoformis [J]. J Biol Chem, 1973, 248:305 315],提取法的エ藝十分複雜，生產成本較高；微生物聚合法中培養基的配製受到各種因素的制約，因而生產エ藝也比較繁瑣，並且所得到的聚Y -穀氨酸分子量在100萬以上，不適合於在生物醫藥和組織工程領域應用；而NCA法是肽類合成的重要方法，它可以控制調節聚合物的分子星[E. Katchalskl. 「Advance in Protein Chemistry, 」 [M」Vol. VI. Academic Press,Inc, New York, N. Y. 1951: 123 185]。對於聚L-穀氨酸(PLGA)的化學合成，目前文獻中使用的引發劑主要是三こ胺，脫保護時所採用的方法主要是酸法[E. R. BL0U. High Molecular WeightPoIy-a，L—glutamic Acid: Preparation and Optical Rotation Changes.Vol. 80，4630-4634]、鹼法[Willy Agut et al. Langmuir 2007，23，11526-11533]或 Pd/C催化法[Peter Dubruel et al. Biomacromolecules. 2003，4，1168-1176]。目前化學法合成的聚L-穀氨酸最突出的問題是合成條件苛刻(需在手套箱中操作)，而且用酸法和鹼法脫保護時，聚合物分子鏈容易斷裂，而Pd/C催化法脫保護則耗時耗能，且成本較高，產率低，聚合物分子量不易控制[Adv. Polym. Sci. 2006, 202, 1-18]。本發明g在開發出一種新的合成聚L-穀氨酸的引發劑和脫保護劑，不僅使聚L-穀氨酸分子量容易控制，而且脫保護時不易斷鏈，同時可實現批量合成，產率高，一次試驗可合成聚L-穀氨酸量較多，可達幾十克，從而使聚L-穀氨酸在生物醫藥和組織工程領域的應用成為可能。

發明內容
本發明的目的是提供一種易於控制聚L-穀氨酸(Poly(L-glutamic acid),簡稱PLGA)分子量的引發劑，在常壓下採用新型脫保護劑——三甲基碘矽烷脫去聚L-穀氨酸-Y -節酯(Poly ( y -benzyl-L-glutamate),簡稱PBLG)上的節基,避免聚合物分子鏈斷鏈，能夠獲得不同分子量的聚L-穀氨酸，以滿足其在生物醫藥及組織工程領域的應用。根據的反應機理可結合附圖(1)，其中1) Y-苄基-L-穀氨酸-N-羧酸酐(y -benzyl-L-glutamate N-carboxyanhydride,簡稱BLG-NCA)合成的反應機理或過程；2)以ニ環己胺為引發劑聚合得到聚L-穀氨酸-Y-苄酯製備過程。然後採用三甲基碘矽烷脫去聚L-穀氨酸-Y-苄酯上的苄基製備聚L-穀氨酸。 據反應機理，可採用如下技術實施方案，以實現本發明的目標實現ニ環己胺引發N-羧酸酐(N-carboxyanhydride,簡稱NCA)開環聚合,可得到分子量可控的聚L-穀氨酸產物，其中包括ニ環己胺引發Y -苄基-L-穀氨酸-N-羧酸酐聚合，繼而製備聚L-穀氨酸-Y -苄酯，後採用三甲基碘矽烷，脫去聚L-穀氨酸-Y-苄酯上的苄基。獲取了分子量可控的聚L-穀氨酸。其中有兩個過程
A. ニ環己胺引發Y-苄基-L-穀氨酸-N-羧酸酐製備聚L-穀氨酸-Y-苄酷
(I)在金屬鈉存在的條件下，減壓蒸餾ニ環己胺，以除去ニ環己胺中殘留的水分，並將其在無水、無氧條件下儲存。(2)在乾燥的反應瓶內加入BLG-NCA，抽真空，充氮氣，反覆三次，再注入溶劑ニ氧六環；待其充分溶解後注入引發劑ニ環己胺，単體BLG-NCA與引發劑的摩爾比，即M/I為M/I在50:1到200:1之間，攪拌均勻後，置於低溫恆溫槽中，溫度控制在15-20°C，至反應液變為粘稠液，將反應液緩慢倒入無水こ醇中沉澱，此時有白色纖維狀物質析出，經過濾，真空乾燥，得白色纖維狀聚合物，即為PBLG。B.採用三甲基碘矽烷脫去PBLG上的苄基製備聚L-穀氨酸(PLGA):將PBLG溶於新蒸的ニ氯甲烷中，再按I克PBLG加入0. 3-0. 4毫升的三甲基碘矽烷的比例，將三甲基碘矽烷倒入反應器，並攪拌，在40-50°C溫度下反應8-12小吋，將反應液倒入水飽和的正己烷中沉澱，抽濾，並用無水こ醚和大量去離子水衝洗數遍後，乾燥可得白色塊狀產物，即為PLGA0上述步驟B中，所用的単體BLG-NCA與引發劑ニ環己胺的摩爾比，即M/I (M-単體BLG-NCA, I-引發劑ニ環己胺)分別為 50:1，100:1，150:1 和 200:1
上述方法中，控制單體BLG-NCA與引發劑ニ環己胺的摩爾比，所合成的聚L-穀氨酸的分子量在I. 2-5. OX IO4之間。同現有技術相比，本發明具有如下突出優點本發明方法中使用ニ環己胺作引發齊IJ，ニ氧六環作溶劑，可通過調節M/I比值，以製備不同分子量的PBLG ;使用三甲基碘矽烷作為PBLG上苄基的脫保護劑，不會導致聚合物分子斷鏈，可利於進一歩製得不同分子量的PLGA。如上所述，本發明以L-穀氨酸為原料，合成了 BLG-NCA，並以其為單體，優化選擇溶齊U、引發劑和脫保護劑，合成了不同分子量的PBLG。又在常壓下，採用脫保護劑三甲基碘矽烷脫去苄基，得到幾乎無分子斷鏈的不同分子量的PLGA。
所得聚合物用凝膠滲透色譜(GPC)、傅立葉紅外光譜(FT-IR)、核磁共振氫譜(1H-NMR).粘度法等手段進行了表徵，產品的相關結構和分子量都得到了證實。


圖I製備聚L-穀氨酸-Y-苄酯或聚L-穀氨酸前驅工作的反應機理1) Y-苄基-L-穀氨酸-N-羧酸酐(Y -benzyl-L-glutamate N-carboxyanhydride,簡稱 BLG-NCA)合成的反應機理或過程；2)以ニ環己胺為引發劑聚合得到聚L-穀氨酸-Y-苄酯製備過程。
圖2以ニ環己胺為引發劑聚合得到的PBLG的GPC譜圖與GPC測試結果包括數均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和分子量分布(Mw/Mn)等若干參數。圖3在實施例一、ニ、三和四中，PLGA分子量對M/I所作的圖。圖4 PBLG與PLGA的傅立葉紅外光譜(FT-IR)圖比較。圖5 PBLG的1H-NMR譜圖，其中a, b , c, f, g, h, i, j是上圖示分子式的1H
位譜線。圖6 PLGA 的1H-NMR 譜圖，其中a，b , c, d, e, f, g, h, i, j 是上圖示分子
式的1H位譜線。圖7 三種脫保護方法，脫去苄基後PLGA分子量比較含採用三甲基矽碘烷(Me3SiI)脫保護後的PLGA分子量，明顯高於酸法(HBr)和鹼法(NaOH)脫保護後脫去苄基後的PLGA分子量，第一峰位值即為三甲基矽碘烷(Me3SiI)脫保護PLGA分子量。
具體實施例方式實施例一
I.Y -苄基-L-穀氨酸-N-羧酸酐(BLG-NCA)的合成
A.L-穀氨酸-Y-苄基酯(BLG)的合成在三ロ燒瓶中加入IOOg L-穀氨酸和83ml苯甲醇，將三ロ燒瓶置於60-80°C油浴中攪拌，當溫度恆定吋，緩慢滴加60%濃硫酸80ml，待反應液澄清後，停止攪拌和加熱。待其冷卻至室溫後，將反應液緩慢倒入800ml溶有108g碳酸氫鈉的過飽和冰水溶液中，充分攪拌均勻後放入冰箱內冷凍3-4小時。抽濾後得到的濾餅用1200ml 80°C的蒸餾水溶解，然後自然冷卻至室溫，再冷凍3小時左右，抽濾，濾餅用蒸餾水和こ醇分別清洗三次，室溫真空乾燥24小時，得到白色鱗片狀物質即為BLG。B.在乾燥的250ml兩ロ燒瓶內加入IOg新製備的BLG和IOOml新蒸的四氫呋喃，將燒瓶置於50°C的集熱式攪拌器中，反覆進行三次抽真空-通氮氣，當溫度恆定吋，加入
5.5g用氯仿重結晶過的雙(三氯甲基)碳酸酯(俗稱「三光氣」)，至反應液變澄清，停止攪拌和加熱。自然冷卻至室溫後，在強烈攪拌下，將反應液倒入500ml冰凍的石油醚中沉澱，過濾，得白色晶體為BLG-NCA初產品。將所得初產品溶於IOOmlこ酸こ酯中，然後加入等體積的新蒸石油醚進行重結晶，過濾，濾餅用50mlこ酸こ酯溶解後加入50ml左右石油醚進行重結晶，如此反覆重結晶三次後得到聚合級単體，室溫下真空乾燥12h，得到白色針狀晶體即為BLG-NCA，產率約為70%。2. ニ環己胺引發BLG-NCA製備聚L-穀氨酸-Y _苄酯(PBLG)
在烘乾的反應瓶內放入Ig Y -苄基-L-穀氨酸-N-羧酸酐単體，抽真空通氮氣，反覆進行三遍，注入15ml新蒸的ニ氧六環，單體溶解後注入計量(與單體的摩爾比為50:1)的處理過的ニ環己胺，混合均勻後室溫靜置3天，反應液變得十分粘稠。在強烈攪拌下，將此反應液倒入過量的無水こ醇中，此時有大量白色纖維狀物質析出。經過濾後，真空乾燥24h，所得聚合物即為PBLG。3.採用三甲基碘矽烷脫去PBLG上的苄基製備聚L-穀氨酸(PLGA)
室溫下，取新製備的PBLG溶於新蒸的ニ氯甲烷中，再按IgPBLG加入0. 3-0. 4ml三甲基碘矽烷溶液的比例加入三甲基碘矽烷(或與之具有類似結構的三甲基氯矽烷、三甲基溴矽烷)，置於35-45°C集熱式攪拌器中恆溫10-12h，待其自然冷卻後，將反應液緩慢倒入無正己烷中沉澱，過濾並反覆用石油 醚和蒸餾水分別洗滌三遍，真空乾燥24h，得到白色塊狀物質，即為PLGA，分子量約為I. 2 X 104，轉化率約為65%。實施例ニ 本實施例與實施例一基本相同，所不同的是單體與ニ環己胺的摩爾比為100:1，在步驟3中，所用的三甲基碘矽烷(或與之同類結構三甲基氯矽烷、三甲基溴矽烷)，加入量不變。最終可得到分子量為2. 5 X IO4左右的PLGA，轉化率約為70%。實施例三本實施例與實施例一基本相同，所不同的是單體與ニ環己胺的摩爾比為150:1。在步驟3中，所用的三甲基碘矽烷(或與之同類結構三甲基氯矽烷、三甲基溴矽烷)加入量不變。最終可得到分子量為3. 5 X IO4左右的PLGA，轉化率約為78%。實施例四本實施例與實施例一基本相同，所不同的是單體與ニ環己胺的摩爾比為200:1。在步驟3中，所用的三甲基碘矽烷(或與之同類結構三甲基氯矽烷、三甲基溴矽烷)加入量不變。最終可得到分子量為5. OX IO4左右的PLGA，轉化率約為70%。圖3——反映在上面所述實施例一、ニ、三和四中，PLGA分子量對M/I所作的圖。
權利要求
1.一種基於引發劑使N-羧酸酐(N-carboxyanhydride,簡稱NCA)開環聚合,及脫保護劑應用，合成得到分子量可控的聚L-穀氨酸的製備方法，其特徵在於該方法包括如下エ藝過程和步驟 A.ニ環己胺引發Y-苄基-L-穀氨酸-N-羧酸酐(BLG-NCA)製備聚L-穀氨酸-Y-苄酯(PBLG) (1)在金屬鈉存在的條件下減壓蒸餾ニ環己胺，以除去ニ環己胺中殘留的水分，並將其在無水無氧條件下儲存； (2)在乾燥的反應瓶內加入BLG-NCA，抽真空充氮氣，反覆三次，再注入溶劑ニ氧六環；待其充分溶解後注入引發劑ニ環己胺，單體BLG-NCA與引發劑的摩爾比，即M/I在50:1到200:1之間，攪拌均勻後置於低溫恆溫槽中，溫度控制在15-20°C，至反應液變為粘稠液，將反應液緩慢倒入無水こ醇中沉澱，此時有白色纖維狀物質析出，經過濾，真空乾燥，得白色纖維狀聚合物，即為PBLG ； B.採用三甲基碘矽烷或類似結構矽烷等作脫保護劑，脫去PBLG上的苄基製備聚L-穀氨酸(PLGA)Jf PBLG溶於新蒸的ニ氯甲烷中，再按0. 8-1. 0克PBLG加入0. 3-0. 4毫升的三甲基碘矽烷的比例加入三甲基碘矽烷，在40-50°C溫度攪拌，反應8-12小吋，將反應液倒入水飽和的正己烷中沉澱，抽濾，並用無水こ醚和大量去離子水衝洗數遍後，乾燥可得白色塊狀產物，即為PLGA。
2.根據權利要求書I所述的，基於引發劑及脫保護劑從NCA開環聚合，及脫保和劑應用，得到分子量易控的聚L-穀氨酸的製備方法，其特徵在於步驟A中所用的単體BLG-NCA與引發劑ニ環己胺的摩爾比應為M/I=50:1-200:1 ;並通過三甲基碘矽烷、或與之具有類似結構的三甲基氯矽烷、三甲基溴矽烷等，脫去聚合物鏈上的苄基後，聚合物分子不會斷鏈，所得聚レ穀氨酸的分子量範圍在I. 2X104-5. OXlO4之間，產率65%—78%，產量數十克。
全文摘要
本發明涉及一種由引發劑引發N-羧酸酐(N-carboxyanhydride，簡稱NCA)的開環聚合，並通過脫保護後，從而獲得分子量容易控制的，聚L-穀氨酸的製備方法，此發明屬於高分子材料技術領域。其目的和要點在於與原有技術相比，引發劑為二環己胺，可有效控制聚L-穀氨酸分子量；三甲基矽碘烷為脫保護劑，可避免了聚合物分子斷鏈。從而使製備的聚L-穀氨酸分子量分布較窄。此法製備條件溫和，分子量容易控制，適合於聚L-穀氨酸規模合成，以滿足此材料在生物醫用和組織工程領域的應用需求。
文檔編號A61K47/34GK102617851SQ201210091218
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者劉志文, 尹靜波, 張鑫, 王志春, 陳學思, 顏世峰 申請人:上海大學