CN101050276A

CN101050276A - 氨基酸端基聚乙二醇及其制备方法

Info

Publication number: CN101050276A
Application number: CN 200610011716
Authority: CN
Inventors: 马光辉; 张竞; 苏志国; 赵永江
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2026-04-03
Also published as: CN100543063C

Abstract

本发明公开了一种氨基酸端基聚乙二醇及其制备方法，以常见的有机溶剂作为反应介质，采用强碱与氨基酸反应作引发体系，引发环氧乙烷开环聚合制备氨基酸端基的单/双链聚乙二醇。该方法的优点是操作简单，转化率高，可以制备得到端基为氨基酸的单链或者双链聚乙二醇，分子量可控且分子量分布窄。

Description

氨基酸端基聚乙二醇及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚乙二醇，更具体的说，涉及一种氨基酸端基聚乙二醇及其制备方法。

背景技术

聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)是一种以环氧乙烷为原料聚合得到的高分子，是一种同时在大多数有机溶剂例如甲醇、二氯甲烷、氯仿等和水中都具有良好溶解性能的聚醚，无腐蚀性，无刺激性，无抗原性和免疫原性，生物相容性好，在体内表现为低蛋白质和低血小板吸附以及低细胞粘附性，并且已经获得FDA批准使用。

由于聚乙二醇具有以上这些优良的性质，因此作为添加剂在很多领域例如化妆品、水基涂料、纸张涂层、粘合剂、印刷油墨、表面活性剂等都得到了广泛的应用。同时，在生物医药领域，聚乙二醇与蛋白质、多肽或者小分子药物通过化学方法相连后，把聚乙二醇的一些特性传递给与之相连的蛋白质、多肽或者小分子化合物，从而改变这些物质在体内的药代动力学和生理学特征，例如，屏蔽多肽的抗原性，降低体内清除率，降低蛋白水解酶的水解程度，提高蛋白质和多肽类化合物的水溶性，增加蛋白质、多肽或者小分子化合物的表观分子量，降低肾脏清除率，延长在体内的半衰期。

在生物医药领域内，通常用于蛋白质、多肽或者小分子类化合物修饰的单烷氧基聚乙二醇(polyethylene monoalkyl ether)，在应用过程中，必须要将不活泼的端羟基进行衍生化，将其转化为带有氨基、醛基、羧基等活性官能团的聚乙二醇衍生物类修饰剂，然后才能进行下一步的反应。整个过程反应步骤繁多，总体转化率低，并且最后得到的产物是单烷氧基聚乙二醇和目标聚乙二醇的混合物，要将目标产物进行分离提纯也是一件非常困难的事情。因此，通过聚合直接得到端基为活性官能团的聚乙二醇是一种相对比较合适的方法。

端基为活性官能团的聚乙二醇的常用聚合方法有两种，一种是在聚合过程中采用合适的亲电试剂或者链转移剂中止活性端，另一种是用带有被保护的活性官能团的活性阴离子化合物作引发剂引发环氧乙烷聚合。其中，第一种方式有一个较大的缺陷，即在聚合过程中被中止的活性端不能再与亲电试剂反应，由此降低了活性聚合物端基官能团化的程度。而采用带有活性官能团的化合物为引发剂来引发环氧乙烷的聚合则基本不存在这样的问题，在制备过程中一旦被引发即可以得到所需聚合产物，即使有引发失效的部分也由于是小分子化合物而比较容易除去。因此，综合考虑起来，采用带有活性官能团的引发剂体系来引发环氧乙烷进行活性阴离子聚合的方法来制备活性官能团端基聚乙二醇的方法是相对较好的选择，并且这种方法还可以很好的控制所需产物的分子量和分子量分布。

在上述阴离子聚合过程中，应用比较多的含有活性官能团的引发剂通常是同时含有羟基和醛基、氨基等活性官能团的小分子化合物，首先通过保护反应将醛基、氨基等活性官能团进行保护，然后，采用强碱与引发剂分子的羟基进行反应制备活性引发中心，进而引发环氧乙烷的聚合得到聚乙二醇。聚合完成后，再将产物的被保护端基再进行脱保护反应，让端基恢复为醛基或者氨基等活性官能团，由此得到所需的带有活性官能团端基的聚乙二醇。

但是上述的传统方法基本都是通过双/多官能团小分子中的羟基进行引发，所需的活性官能团在聚合反应的前后要进行保护和脱保护处理，整个反应过程步骤较多，并且反应总的转化率不高，同时还存在作为引发剂的多官能团化合物价格较昂贵的问题。因此，在实际应用中，这种聚合方式在一定程度上受到限制。

本方法克服了上述缺陷，采用氨基酸与碱反应来制备引发体系，利用其氨基引发环氧乙烷的开环阴离子聚合，并且通过直接控制碱与氨基酸的比例和采用相应的冠醚催化剂来即可分别制备所需的单/双链的聚乙二醇，而羧基与碱形成的羧酸根负离子在该体系中可以稳定存在，聚合完成后，在用酸中止反应的同时即可以将羧酸根负离子还原成为羧酸，因此，该制备过程省略了通常所必需的聚合前后对活性官能团的保护和脱保护反应，避免了转化率不高的缺陷，保证了聚合产物的纯度，也因此避免了复杂的分离提纯操作，同时还提供了一种简单而有效的双链聚乙二醇的制备方式，改变了通常所需要的多步反应及其带来的转化率不高分离困难的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氨基酸端基的单链聚乙二醇(I)，如下图所示：

(I)中，n＝5～1000，R＝H(甘氨酸)、CH₃(丙氨酸)、(CH₃)₂CH(缬氨酸)、(CH₃)₂CHCH₂(亮氨酸)、C₂H₅(CH₃)CH(异亮氨酸)、PhCH₂(苯丙氨酸)、HOOCCH₂(天冬氨酸)、HOOCC₂H₄(谷氨酸)中的任意一种，R’＝Na、K、H中的任意一种。

本发明的另一目的在于提供一种脯氨酸端基的单链聚乙二醇(II)，如下图所示：

(II)中，n＝5～1000，R’＝Na、K、H中的任意一种。

本发明的另一目的在于提供一种氨基酸端基的双链聚乙二醇(III)，如下图所示：

(III)中，m＝5～1000，n＝5～1000，R＝H(甘氨酸)、CH₃(丙氨酸)、(CH₃)₂CH(缬氨酸)、(CH₃)₂CHCH₂(亮氨酸)、C₂H₅(CH₃)CH·(异亮氨酸)、PhCH₂(苯丙氨酸)、HOOCCH₂(天冬氨酸)、HOOCC₂H₄(谷氨酸)中的任意一种，R’＝Na、K、H中的任意一种。

本发明的目的还在于提供一种制备氨基酸端基单链聚乙二醇(I)、(II)或者双链聚乙二醇(III)的制备方法。

本发明制备氨基酸端基单链聚乙二醇(I)、(II)或者双链聚乙二醇(III)的方法包括以下步骤：

1.选择一种合适的氨基酸，在带有氨基和羧基的同时，不含有其它在本发明的阴离子聚合体系中易于受到亲核进攻的活性官能团；

2.选择合适的强碱，在有效的有机溶剂体系中与选定的氨基酸进行反应制备得到活性引发剂体系(制备氨基酸端基单链聚乙二醇(I)时，引发过程如反应1式(2)所示，制备氨基酸端基单链聚乙二醇(II)时，引发过程如反应2式(2)所示，制备氨基酸端基双链聚乙二醇时，引发过程如反应3式(2)所示)；

3.在惰性气体保护条件下，向上述引发体系中加入定量的环氧乙烷进行阴离子聚合(氨基酸端基单链聚乙二醇(I)、(II)、双链聚乙二醇(III)聚合过程分别如反应1、反应2、反应3式(3)所示)；

4.用纯水或者合适的酸中止聚合(氨基酸端基单链聚乙二醇(I)、(II)、双链聚乙二醇(III)终止过程分别如反应1、反应2、反应3式(4)所示)

反应1

反应2

反应3

反应1、反应2、反应3中，M＝Na，K中的任意一种。

上述制备方法可用于制备氨基酸端基单链、双链聚乙二醇。当制备单链聚乙二醇(I)、双链聚乙二醇(III)时，上述制备方法步骤1中使用的原料氨基酸为选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸中的一种；当制备单链聚乙二醇(II)时，其中所使用的原料氨基酸为脯氨酸。所选择的氨基酸来源没有任何特定的限制，任何商用的氨基酸皆可作为原料，级别亦无限制。由于阴离子聚合要求的严格条件，氨基酸在使用前要进行纯化干燥处理。纯化方法没有任何特定的限制，例如可以采用纯水进行重结晶，过滤，粉碎后真空干燥备用的方法。

上述制备方法步骤2中使用的溶剂为选自四氢呋喃、甲苯或二甲基亚砜中的一种，其来源没有任何的限制，任何商用的上述溶剂皆可作为原料，级别亦无限制。由于阴离子聚合要求的严格条件，溶剂在使用前必须进行除水与除氧的操作。溶剂的除水与除氧操作方式没有任何特定限制，例如可以采用下面的方法：向上述溶剂中加入一定量的金属钠和二苯甲酮，回流数小时后，蒸馏，取中间馏分。

上述制备方法步骤2中使用的强碱选自萘钾、萘钠、氢化钠、氢化钾的一种，制备单链聚乙二醇时，其摩尔用量与氨基酸活性官能团总摩尔量相等，制备双链聚乙二醇时，其摩尔用量与氨基酸活性官能团总摩尔量及氨基摩尔量之和相等。其中所述活性官能团为羧基和氨基。

上述制备方法步骤2中使用的反应器没有任何特定的限制，但必须密封并连接真空系统和气体保护系统，并方便加入溶剂、反应原料和引发剂。例如可以使用连接真空系统和气体保护系统，并由胶塞密封的玻璃反应瓶。上述所用的保护气体也没有特定的限制，例如氮气与氩气。

上述制备方法步骤3中使用的原料环氧乙烷的来源没有任何特定的限制，任何商用的环氧乙烷皆可作为原料，级别亦无限制。由于阴离子聚合要求的严格条件，环氧乙烷在使用前必须进行分离纯化操作。分离纯化的方法没有任何特定的限制，例如可以采用下面的方法：向商品环氧乙烷中加入一定量的氢化钙，浸泡数天后，蒸馏，取中间馏分。

上述制备方法步骤4中使用的终止剂没有任何特定的限制，可以使用水或者乙酸等活泼氢化合物终止得到羟基端基。

上述制备方法中可以使用冠醚类化合物作为反应催化剂以促进反应的进行。当制备氨基酸端基单链聚乙二醇时，冠醚类催化剂是选自18-冠醚-6，二苯并-18-冠醚-6，二环己基-18-冠醚-6中的一种，其摩尔量为所述的氨基酸活性官能团的摩尔量的0.5～1.5倍，当制备氨基酸端基双链聚乙二醇时，冠醚类催化剂是选自24-冠醚-8，二苯并-24-冠醚-8，二环己基-24-冠醚-8中的一种，其摩尔量为所述的氨基酸活性官能团的摩尔量与氨基摩尔量之和的0.5～1.5倍。

本发明的优点在于：通过简单的操作，采用氨基酸为引发剂，高转化率地获得分子量合适，分布窄的氨基酸端基单链(I)、(II)/双链(II)聚乙二醇。

下面以具体化的形式阐述本发明的实施方式，但本发明并不限制于该实施方式中。

具体实施方式

(1)向商品环氧乙烷中加入一定量的氢化钙，浸泡数天后，蒸馏，取中间馏分待用；

(2)将商品氨基酸用纯水进行重结晶，过滤，粉碎后真空干燥备用；

(3)向四氢呋喃中加入一定量的金属钠和二苯甲酮，回流数小时后，蒸馏，取中间馏分待用；

(4)向反应瓶中加入定量的萘晶体和新鲜金属钾，密封后进行抽气充氮气处理；

(5)一边搅拌，一边向步骤(4)处理后的反应瓶中加入新鲜四氢呋喃，反应至溶液呈墨绿色，静置待用；

(6)在加热条件下，对另一个密封的反应瓶进行抽气充氮气处理，重复多次；

(7)向步骤(6)处理后的反应瓶中加入定量的氨基酸，再次进行抽气充气处理，重复多次，最后充氮气；

(8)通过注射器向步骤(7)处理后的反应瓶中加入新鲜四氢呋喃作溶剂；

(9)一边开动磁力搅拌，一边通过注射器向步骤(8)形成的氨基酸的四氢呋喃溶液中加入由步骤(5)制备的萘钾的四氢呋喃溶液；如果是制备单链聚乙二醇，萘钾摩尔用量与氨基酸活性官能团摩尔量相等，如果是制备双链聚乙二醇，萘钾摩尔用量与氨基酸活性官能团摩尔总量与氨基摩尔量之和相等；

(10)数小时后，通过冷冻注射器向步骤(9)得到的反应液中加入5～1000倍氨基酸摩尔量的环氧乙烷；

(11)反应数小时后，通过注射器向步骤(10)得到的反应液内加入氨基酸摩尔量5～50倍的1mol/L的盐酸中止反应；

(12)一边搅拌，一边将步骤(11)得到的反应液倾入反应液5～20倍体积的冷冻乙醚中，继续搅拌数分钟；

(13)将步骤(12)得到的产物的乙醚溶液过滤得到白色沉淀；

(14)将步骤(13)得到的沉淀干燥，得到白色粉末状产物。

实施例1

将一个100mL反应瓶进行抽气充氮气处理，反复多次后，向处理后的反应瓶中加入0.0751g(1mmol)甘氨酸，再次进行抽气充气处理，重复多次，通过注射器加入新鲜蒸馏的四氢呋喃溶剂50毫升，然后一边搅拌一边加入事先制备的0.5mol/L的萘钾的四氢呋喃溶液4.0ml(2.0mmol)，数小时后，通过冷冻注射器加入环氧乙烷2ml(约40mmol，1.7g)，反应数小时后，加入0.5ml稀乙酸中止反应，然后，将反应产物倾入溶液体积12倍的冷乙醚中，得到白色沉淀产物，过滤，真空干燥，得到蓬松粉末状聚合产物甘氨酸端基双链聚乙二醇1.5g，产率88.2％。

实施例2

将一个100mL反应瓶进行抽气充氮气处理，反复多次后，向处理后的反应瓶中加入0.1152g(1mmol)脯氨酸，再次进行抽气充气处理，重复多次，通过注射器加入新鲜蒸馏的四氢呋喃溶剂50毫升，然后一边搅拌一边加入事先制备的0.2mol/L的萘钾的四氢呋喃溶液5.0ml(1.0mmol)，数小时后，通过冷冻注射器加入环氧乙烷1.0ml(约20mmol，0.8g)，反应数小时后，加入0.5ml稀乙酸中止反应，然后，将反应产物倾入溶液体积12倍的冷乙醚中，得到白色沉淀产物，过滤，真空干燥，得到蓬松粉末状聚合产物脯氨酸端基单链聚乙二醇0.6g，产率75％。

实施例3

将一个100mL反应瓶进行抽气充氮气处理，反复多次后，向处理后的反应瓶中加入0.1652g(1mmol)苯丙氨酸，再次进行抽气充气处理，重复多次，通过注射器加入新鲜蒸馏的四氢呋喃溶剂50毫升，然后一边搅拌一边加入事先制备的0.5mol/L的萘钾的四氢呋喃溶液4.0ml(2.0mmol)，数小时后，通过冷冻注射器加入环氧乙烷2.0ml(约40mmol，1.6g)，反应数小时后，加入0.5ml纯水中止反应，然后，将反应产物倾入溶液体积12倍的冷乙醚中，得到白色沉淀产物，过滤，真空干燥，得到蓬松粉末状聚合产物苯丙氨酸端基单链聚乙二醇1.3g，产率81.2％。

Claims

1.一种氨基酸端基的单链聚乙二醇(I)，

(I)中，n＝5～1000，R＝H、CH₃、(CH₃)₂CH、(CH₃)₂CHCH₂、C₂H₅(CH₃)CH、PhCH₂、HOOCCH₂、HOOCC₂H₄中的任意一种，R’＝Na、K、H中的任意一种。

2.一种脯氨酸端基的单链聚乙二醇(II)，

(II)中，n＝5～1000，R’＝Na、K、H中的任意一种。

3.一种氨基酸端基的双链聚乙二醇(III)，

(III)中，m＝5～1000，n＝5～1000，R＝H、CH₃、(CH₃)₂CH、(CH₃)₂CHCH₂、C₂H₅(CH₃)CH、PhCH₂、HOOCCH₂、HOOCC₂H₄中的任意一种，R’＝Na、K、H中的任意一种。

4.一种如权利要求1-3所述的任意一种氨基酸端基聚乙二醇的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)选择一种合适的氨基酸，在带有氨基和羧基的同时，不含有其它在本发明的阴离子聚合体系中易于受到亲核进攻的活性官能团；

(2)选择合适的强碱，在有机溶剂体系中与选定的氨基酸进行反应制备得到活性引发剂体系；

(3)在惰性气体保护条件下，向(2)所述引发体系中加入定量的环氧乙烷进行阴离子聚合；

(4)用纯水或者合适的酸中止聚合，即可得到氨基酸端基单链聚乙二醇(I)、(II)或者双链聚乙二醇(III)。

5.如权利要求4所述的氨基酸端基聚乙二醇的制备方法，其中，所述的有机溶液选自四氢呋喃、甲苯或者二甲基亚砜中的一种。

6.如权利要求4所述的氨基酸端基单链聚乙二醇(I)的制备方法，其中，所述的氨基酸是选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸中的一种。

7.如权利要求4所述的氨基酸端基单链聚乙二醇(II)的制备方法，其中，所述的氨基酸是脯氨酸。

8.如权利要求4所述的氨基酸端基双链聚乙二醇(III)的制备方法，其中，所述的氨基酸是选自甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸中的一种。

9.如权利要求4所述的氨基酸端基聚乙二醇的制备方法，其中，所述的氨基酸的用量是0.001～1mol/L。

10.如权利要求4所述的氨基酸端基聚乙二醇的制备方法，其中，所述的强碱是选自萘钾、萘钠、氢化钠或氢化钾中的一种。

11.如权利要求4所述的氨基酸端基单链聚乙二醇(I)、(II)的制备方法，其中，所述的强碱的摩尔量与所述的氨基酸活性官能团的摩尔量相等。

12.如权利要求4所述的氨基酸端基双链聚乙二醇(III)的制备方法，其中，所述的强碱的摩尔量与所述的氨基酸活性官能团的摩尔量与氨基摩尔量之和相等。

13.如权利要求4所述的氨基酸端基聚乙二醇的制备方法，其中，所述的环氧乙烷的摩尔用量是氨基酸的5～1000倍。

14.如权利要求4所述的氨基酸端基聚乙二醇的制备方法，其中，所述的氨基酸端基聚乙二醇的分子量范围是500～40000。

15.如权利要求4所述的氨基酸端基聚乙二醇的制备方法，还可以加入冠醚类催化剂以促进反应的进行。