CN101343359A - 氨基酸修饰聚酰胺胺型树形分子的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氨基酸修饰聚酰胺胺型树形分子的制备方法，反应在有机溶剂中进行，以羟基苯并三唑HOBt、2－(1H－苯并三唑)－N，N，N’，N’－四甲基脲六氟磷酸盐HBTU、N，N－二异丙基乙胺DIPEA作为催化剂，使2，2，4，6，7－五甲基苯并呋喃－5－磺酰基Pbf和9－芴甲氧羰基Fmoc双保护氨基酸和端羟基PAMAM树形分子发生缩合反应，采用葡聚糖凝胶柱层析法和无水醚沉淀法进行精制，以三氟乙酸及哌啶分别脱去氨基酸的Pbf和Fmoc保护基，得到纯化的氨基酸修饰端羟基PAMAM树形分子。本发明操作简单、条件温和、价格低廉、得到较为纯净的终产物，制备过程不会破坏氨基酸中胍基活性，适于大量制备和工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种化工技术领域的树形分子的制备方法，具体地说，涉及一种氨基酸修饰聚酰胺胺型(PAMAM)树形分子的制备方法。
背景技术
树形分子(Dendrimer)是当前正在蓬勃发展的一类具有三维球状立体、高度有序的新型合成聚合物。它在结构上具有高度的几何对称性、精确的分子结构、大量可修饰化的表面端基官能团、可控的分子内空腔以及分子链长度、制备方法简便、成本低等特点。它的出现对于经典的有机高分子界是一个冲击，它是化学、生命科学和材料科学等多学科的交叉点，成为当前学术界的一大研究热点。由于树形分子高度支化的结构和独特的单分散性，为这类化合物带来一系列不同的性质和行为。例如：分子表面极高的官能团密度，分子的球状外型和分子内部广阔的空腔，分子粘度同分子量之间的非单调的递增关系，而含有金属的树形分子更有其独特的光化学性质和电化学性质；与传统大分子聚合物相比，树形分子单分散性好，分子尺寸和表面化学都可以在合成中得到完全控制，因此树形分子比传统大分子聚合物有更广泛的用途，在原子显微领域、免疫化学、催化化学、生物化学、医疗诊断、药物载体等领域已引起广泛研究。
聚酰胺胺型(PAMAM)树形分子是近年来研究最广泛、最深入的树形大分子之一，它属于非生物材料，无免疫原性及遗传毒性，既具有树形大分子的共性，又不失自身特色。PAMAM树形分子的一个典型特征是一个分子上有许多不连续的官能团和高密度的端基活性基团，尤其是这些表面基团经过修饰后可以结合并递送大量的生物分子、配合基、抗体、基因、治疗药物等，从而使PAMAM树形分子成为医药、生物领域中性能优越的细胞递送载体，具有重要应用价值。端氨基PAMAM树形分子具有优良的细胞穿透能力和基因转染效率，然而通常表面带有阳性电荷的聚合物对细胞具有较强的毒性，这主要是由于其非降解性所带来的电荷积累所致。对端氨基PAMAM树形分子表面进行修饰，虽然也能增加其可生物降解性、降低毒性，但降解产物带有大量氨基，具有较强生物毒性。因此相对端氨基PAMAM树形分子，端羟基PAMAM树形分子具有较小的毒性及更好的实用价值，对其表面进行修饰后进一步增加其可生物降解性，在保证基因转染效率和细胞穿透能力的前提下达到减小细胞毒性的目的。
经对现有技术的文献检索发现，Kenji K等在《Bioconjugate Chem》(生物共轭化学)杂志2005年第16期208-2145页上发表“Transfection activityof polyamidoamine dendrimers having hydrophobic amino acid residues inthe periphery”(疏水氨基酸修饰聚乙二胺树形分子的转染活性)，该文中提出，以N-羟基丁二酰亚胺和二环己基碳二亚胺活化Boc-亮氨酸中的羧基，完成和PAMAM树形分子中的氨基相连，制备氨基酸修饰PAMAM树形分子。其不足在于：反应所需时间太长(7天)，产物水解后携带大量氨基，生物毒性较强。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种氨基酸修饰聚酰胺胺型(PAMAM)树形分子的制备方法。本发明操作简单、条件温和、价格低廉、转化率高的，有利于得到结构均一、性能稳定的修饰产物，产物具备可生物降解性，并适于大量制备和工业化生产。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明以羟基苯并三唑(HOBt)、2-(1H-苯并三唑)-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)、N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)作为催化剂，使2，2，4，6，7-五甲基苯并呋喃-5-磺酰基(Pbf)和9-芴甲氧羰基(Fmoc)双保护氨基酸和端羟基PAMAM树形分子发生缩合反应，反应在有机溶剂中进行，采用葡聚糖凝胶柱层析法和无水醚沉淀法进行精制，以三氟乙酸及哌啶分别脱去氨基酸的Pbf和Fmoc保护基，得到纯化的氨基酸修饰PAMAM树形分子。
本发明上述方法包括如下三步：
第一步，氨基酸与端羟基PAMAM树形分子的链接：以无水有机溶剂溶解端羟基PAMAM树形分子，依次加入Fmoc和Pbf双保护氨基酸、催化剂羟基苯并三唑(HOBt)、2-(1H-苯并三唑)-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸盐(HBTU)、N，N-二异丙基乙胺(DIPEA)，搅拌至缩合反应完成，加入冷无水醚，沉淀析出粗品中间产物。
所述Fmoc和Pbf双保护氨基酸与端羟基PAMAM树形分子的摩尔比≥1∶1。
所述催化剂羟基苯并三唑HOBt与端羟基PAMAM树形分子的摩尔比≥1∶1，羟基苯并三唑HOBt、2-(1H-苯并三唑)-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸盐HBTU与端羟基PAMAM树形分子的摩尔比≥1∶1，N，N-二异丙基乙胺DIPEA与端羟基PAMAM树形分子的摩尔比≥1∶2。
所述无水有机溶剂包括但不限于使用丙酮、乙醇、乙腈、丙烯腈、三乙醇胺、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N二甲基乙酰胺(DMAC)、N，N-二甲基丙酰胺、N，N-二甲基乙醇胺、二甲亚砜(DMSO)等溶剂，单独或混合使用。
所述缩合反应温度是在0℃-80℃条件下进行。
所述无水醚包括但不限于使用乙醚、甲乙醚、石油醚、苯乙醚、苯甲醚、异丙醚、正丁醚等，单独或混合使用。
第二步，纯化：取粗品中间产物，以无水有机溶剂为流动相，采用葡聚糖凝胶柱层析法除去未反应氨基酸、HOBt、HBTU，洗脱液加入冷无水醚，沉淀析出中间产物。
所述无水有机溶剂包括但不限于使用丙酮、乙醇、乙腈、丙烯腈、三乙醇胺、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N二甲基乙酰胺(DMAC)、N，N-二甲基丙酰胺、N，N-二甲基乙醇胺、二甲亚砜(DMSO)等溶剂，单独或混合使用。
所述葡聚糖凝胶特别是指葡聚糖凝胶LH(Sephadex LH)系列。
第三步，脱保护：以少量无水有机溶剂溶解中间产物，加入三氟乙酸，搅拌反应以除去pbf保护基，加入冷无水醚，沉淀析出产物；以无水有机溶剂溶解产物，加入哌啶，搅拌反应以除去Fmoc保护基，加入冷无水醚，沉淀析出产物，得终产物；以无水有机溶剂溶解终产物，加入冷无水醚，沉淀析出精制终产物。
所述无水有机溶剂包括但不限于使用丙酮、乙醇、乙腈、丙烯腈、三乙醇胺、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N二甲基乙酰胺(DMAC)、N，N-二甲基丙酰胺、N，N-二甲基乙醇胺、二甲亚砜(DMSO)等溶剂，单独或混合使用。
所述三氟乙酸的加入量一般应大于无水有机溶剂量的30％(V/V)。
所述无水醚包括但不限于使用乙醚、甲乙醚、石油醚、苯乙醚、苯甲醚、异丙醚、正丁醚等，单独或混合使用。
所述哌啶的加入量一般应大于无水有机溶剂量的5％(V/V)。
本发明具有以下优点：
1、操作简单、价格低廉、制备过程不需要复杂的仪器设备，适于大量制备和工业化生产；
2、条件温和、不会造成PAMAM树形分子和氨基酸中键的断裂，使用Pbf和Fmoc双保护氨基酸，可以保持氨基酸中胍基活性；
3、采用葡聚糖凝胶柱层析法及醚沉淀法纯化，可以得到较为纯净的氨基酸修饰PAMAM树形分子终产物，在其进一步应用于有机合成、蛋白质及多肽药物修饰、高分子合成及药物的缓释、靶向给药时，有利于得到结构精确、性能稳定的修饰产物。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
取0.04mol的Fmoc和Pbf双保护精氨酸、HOBt、HBTU，以及0.08mol的DIPEA和0.01mol的端羟基G4 PAMAM树形分子，以50ml无水DMF为溶剂溶解，37℃温度下200r/min搅拌反应12h，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，抽滤后得到沉淀析出的粗品中间产物；
取粗品中间产物，以少量无水DMF为溶剂溶解，加样于葡聚糖凝胶SephadexLH-20柱上，以无水DMF为流动相洗脱，收集先流出的洗脱液，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，以15ml无水DMF溶解，重复乙醚沉淀法三次，抽滤后得到精制中间产物；
以5ml无水DMF溶解精制中间产物，加入45ml三氟乙酸，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，抽滤得到沉淀，以15ml无水DMF溶解，重复乙醚沉淀法三次，以14ml无水DMF溶解，加入6ml哌啶，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，以15ml无水DMF溶解，重复乙醚沉淀法三次，抽滤得到沉淀，为精制终产物精氨酸修饰PAMAM树形分子(产率41％，氨基酸修饰度为92％)。
实施例2
取0.05mol的Fmoc和Pbf双保护色氨酸、HOBt、HBTU，以及0.09mol的DIPEA和0.01mol的端羟基G4 PAMAM树形分子，以80ml无水DMSO为溶剂溶解，25℃温度下200r/min搅拌反应24h，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，抽滤后得到沉淀析出的粗品中间产物；
取粗品中间产物，以少量无水DMSO为溶剂溶解，加样于葡聚糖凝胶SephadexLH-60柱上，以无水DMSO为流动相洗脱，收集先流出的洗脱液，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，抽滤后得到精制中间产物；
以6ml无水DMSO溶解精制中间产物，加入50ml三氟乙酸，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，抽滤得到沉淀，以18ml无水DMSO溶解，加入6ml哌啶，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，抽滤得到沉淀，为精制终产物色氨酸修饰PAMAM树形分子(产率31％，氨基酸修饰度为93％)。
实施例3
取0.10mol的Fmoc和Pbf双保护赖氨酸，0.04mol的HOBt、HBTU，以及0.07mol的DIPEA和0.01mol的端羟基G5 PAMAM树形分子，以60ml无水DMF和无水DMSO的混合液(1∶1)为溶剂溶解，25℃温度下200r/min搅拌反应4h，加入4℃无水乙醚和无水甲乙醚的混合溶液(1∶1)至大量沉淀析出，抽滤后得到沉淀析出的粗品中间产物；
取粗品中间产物，以少量无水DMF和无水DMSO的混合液(1∶1)为溶剂溶解，加样于葡聚糖凝胶Sephadex LH-20柱上，以无水DMF和无水DMSO的混合液(1∶1)为流动相洗脱，收集先流出的洗脱液，加入4℃无水乙醚和无水甲乙醚的混合溶液(1∶1)至大量沉淀析出，抽滤后得到精制中间产物；
以5ml无水DMF和无水DMSO的混合液(1∶1)溶解精制中间产物，加入40ml三氟乙酸，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水乙醚和无水甲乙醚的混合溶液(1∶1)至大量沉淀析出，抽滤得到沉淀，以15ml无水DMF和无水DMSO的混合液(1∶1)溶解，加入7ml哌啶，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水乙醚和无水甲乙醚的混合溶液(1∶1)至大量沉淀析出，抽滤得到沉淀，为精制终产物赖氨酸修饰PAMAM树形分子(产率44％，氨基酸修饰度为89％)。
实施例4
取0.08mol的Fmoc和Pbf双保护丝氨酸、HOBt、HBTU，以及0.10mol的DIPEA和0.01mol的端羟基G3 PAMAM树形分子，以50ml无水DMAC和无水DMF的混合溶液(1∶1)为溶剂溶解，37℃温度下200r/min搅拌反应4h，加入4℃无水甲乙醚至大量沉淀析出，抽滤后得到沉淀析出的粗品中间产物；
取粗品中间产物，以少量无水DMAC和无水DMF的混合溶液(1∶1)为溶剂溶解，加样于葡聚糖凝胶Sephadex LH-20柱上，以无水DMAC和无水DMF的混合溶液(1∶1)为流动相洗脱，收集先流出的洗脱液，加入4℃无水甲乙醚至大量沉淀析出，抽滤后得到精制中间产物；
以5ml无水DMAC和无水DMF的混合溶液(1∶1)溶解精制中间产物，加入45ml三氟乙酸，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水甲乙醚至大量沉淀析出，抽滤得到沉淀，以14ml无水DMAC和无水DMF的混合溶液(1∶1)溶解，重复甲乙醚沉淀法三次，沉淀以14ml无水DMAC和无水DMF的混合溶液(1∶1)溶解，加入6ml哌啶，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水甲乙醚至大量沉淀析出，抽滤得到沉淀，以14ml无水DMAC和无水DMF的混合溶液(1∶1)溶解，重复甲乙醚沉淀法三次，为精制终产物丝氨酸修饰PAMAM树形分子(产率43％，氨基酸修饰度为92％)。
实施例5
取0.09mol的Fmoc和Pbf双保护脯氨酸、HOBt、HBTU，以及0.10mol的DIPEA和0.01mol的端羟基G3 PAMAM树形分子，以50ml无水N，N-二甲基丙酰胺为溶剂溶解，37℃温度下200r/min搅拌反应12h，加入4℃无水异丙醚至大量沉淀析出，抽滤后得到沉淀析出的粗品中间产物；
取粗品中间产物，以少量无水N，N-二甲基丙酰胺为溶剂溶解，加样于葡聚糖凝胶Sephadex LH-60柱上，以无水N，N-二甲基丙酰胺为流动相洗脱，收集先流出的洗脱液，加入4℃无水异丙醚至大量沉淀析出，以15ml无水N，N-二甲基丙酰胺溶解，重复异丙醚沉淀法三次，抽滤后得到精制中间产物；
以5ml无水N，N-二甲基丙酰胺溶解精制中间产物，加入45ml三氟乙酸，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水异丙醚至大量沉淀析出，抽滤得到沉淀，以15ml无水N，N-二甲基丙酰胺溶解，重复异丙醚沉淀法三次，以14ml无水N，N-二甲基丙酰胺溶解，加入6ml哌啶，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水异丙醚至大量沉淀析出，以15ml无水N，N-二甲基丙酰胺溶解，重复异丙醚沉淀法三次，抽滤得到沉淀，为精制终产物脯氨酸修饰PAMAM树形分子(产率29％，氨基酸修饰度为88％)。
实施例6
取0.10mol的Fmoc和Pbf双保护苏氨酸、HOBt、HBTU，以及0.20mol的DIPEA和0.01mol的端羟基G5 PAMAM树形分子，以80ml无水DMF为溶剂溶解，80℃温度下200r/min搅拌反应4h，冷至室温，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，抽滤后得到沉淀析出的粗品中间产物；
取粗品中间产物，以少量无水DMF为溶剂溶解，加样于葡聚糖凝胶SephadexLH-20柱上，以无水DMF为流动相洗脱，收集先流出的洗脱液，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，以15ml无水DMF溶解，重复乙醚沉淀法三次，抽滤后得到精制中间产物；
以5ml无水DMF溶解精制中间产物，加入45ml三氟乙酸，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，抽滤得到沉淀，以15ml无水DMF溶解，重复乙醚沉淀法三次，以14ml无水DMF溶解，加入6ml哌啶，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水乙醚至大量沉淀析出，以15ml无水DMF溶解，重复乙醚沉淀法三次，抽滤得到沉淀，为精制终产物苏氨酸修饰PAMAM树形分子(产率47％，氨基酸修饰度为89％)。
实施例7
取0.01mol的Fmoc和Pbf双保护脯氨酸、HOBt、HBTU，以及0.02mol的DIPEA和0.01mol的端羟基G3 PAMAM树形分子，以50ml无水N，N-二甲基丙酰胺和DMAC的混合溶液(1∶1)为溶剂溶解，冰浴(0℃)温度下200r/min搅拌反应48h，加入4℃无水异丙醚至大量沉淀析出，抽滤后得到沉淀析出的粗品中间产物；
取粗品中间产物，以少量无水N，N-二甲基丙酰胺和DMAC的混合溶液(1∶1)为溶剂溶解，加样于葡聚糖凝胶Sephadex LH-60柱上，以无水N，N-二甲基丙酰胺和DMAC的混合溶液(1∶1)为流动相洗脱，收集先流出的洗脱液，加入4℃无水异丙醚至大量沉淀析出，以15ml无水N，N-二甲基丙酰胺和DMAC的混合溶液(1∶1)溶解，重复异丙醚沉淀法三次，抽滤后得到精制中间产物；
以5ml无水N，N-二甲基丙酰胺和DMAC的混合溶液(1∶1)溶解精制中间产物，加入45ml三氟乙酸，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水异丙醚至大量沉淀析出，抽滤得到沉淀，以15ml无水N，N-二甲基丙酰胺和DMAC的混合溶液(1∶1)溶解，重复异丙醚沉淀法三次，以14ml无水N，N-二甲基丙酰胺和DMAC的混合溶液(1∶1)溶解，加入6ml哌啶，200r/min搅拌反应30min，加入4℃无水异丙醚至大量沉淀析出，以15ml无水N，N-二甲基丙酰胺和DMAC的混合溶液(1∶1)溶解，重复异丙醚沉淀法三次，抽滤得到沉淀，为精制终产物脯氨酸修饰PAMAM树形分子(产率51％，氨基酸修饰度为93％)。
以上实施例能够获得的有益的效果明显：1、操作简单、价格低廉、制备过程不需要复杂的仪器设备，适于大量制备和工业化生产；2、条件温和、不会造成PAMAM树形分子和氨基酸中键的断裂，使用Pbf和Fmoc双保护氨基酸，可以保持氨基酸中胍基活性，有利于其进一步修饰及作为基因、药物及其他生物大分子载体使用；3、采用葡聚糖凝胶柱层析法及醚沉淀法纯化，可以得到较为纯净的氨基酸修饰树形分子终产物，在其进一步应用于有机合成、蛋白质及多肽药物修饰、高分子合成及药物的缓释、靶向给药时，有利于得到结构精确、性能稳定的修饰产物。
Claims (9)
1、一种氨基酸修饰聚酰胺胺型树形分子的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，氨基酸与端羟基PAMAM树形分子的链接：以无水有机溶剂溶解端羟基PAMAM树形分子，依次加入Fmoc和Pbf双保护氨基酸、催化剂羟基苯并三唑HOBt、2-(1H-苯并三唑)-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸盐HBTU、N，N-二异丙基乙胺DIPEA，搅拌至缩合反应完成，加入冷无水醚，沉淀析出粗品中间产物；
第二步，纯化：取粗品中间产物，以无水有机溶剂为流动相，采用葡聚糖凝胶柱层析法除去未反应氨基酸、羟基苯并三唑HOBt、2-(1H-苯并三唑)-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸盐HBTU、N，洗脱液加入冷无水醚，沉淀析出中间产物；
第三步，脱保护：以少量无水有机溶剂溶解中间产物，加入三氟乙酸，搅拌反应以除去pbf保护基，加入冷无水醚，沉淀析出产物；以无水有机溶剂溶解产物，加入哌啶，搅拌反应以除去Fmoc保护基，加入冷无水醚，沉淀析出产物，得终产物；以无水有机溶剂溶解终产物，加入冷无水醚，沉淀析出精制终产物。
2、如权利要求1所述的氨基酸修饰聚酰胺胺型树形分子的制备方法，其特征是，所述Fmoc和Pbf双保护氨基酸与端羟基PAMAM树形分子的摩尔比≥1∶1。
3、如权利要求1所述的氨基酸修饰聚酰胺胺型树形分子的制备方法，其特征是，所述催化剂羟基苯并三唑HOBt与端羟基PAMAM树形分子的摩尔比≥1∶1，羟基苯并三唑HOBt、2-(1H-苯并三唑)-N，N，N’，N’-四甲基脲六氟磷酸盐HBTU与端羟基PAMAM树形分子的摩尔比≥1∶1，N，N-二异丙基乙胺DIPEA与端羟基PAMAM树形分子的摩尔比≥1∶2。
4、如权利要求1所述的氨基酸修饰聚酰胺胺型树形分子的制备方法，其特征是，所述无水有机溶剂包括酯类、脂肪烃类、芳烃类、酮类、氯代烃类，单独或混合使用。
5、如权利要求1所述的氨基酸修饰聚酰胺胺型树形分子的制备方法，其特征是，所述缩合反应是在0℃-80℃条件下进行的。
6、如权利要求1所述的氨基酸修饰聚酰胺胺型树形分子的制备方法，其特征是，所述无水醚包括乙醚、甲乙醚、石油醚、苯乙醚、苯甲醚、异丙醚、正丁醚，单独或混合使用。
7、如权利要求1所述的氨基酸修饰聚酰胺胺型树形分子的制备方法，其特征是，所述葡聚糖凝胶是指Sephadex LH系列，单独或混合使用。
8、权利要求1所述的氨基酸修饰聚酰胺胺型树形分子的制备方法，其特征是，所述三氟乙酸的加入量大于无水有机溶剂体积的30％。
9、权利要求1所述的氨基酸修饰聚酰胺胺型树形分子的制备方法，其特征是，所述哌啶的加入量大于无水有机溶剂体积的5％。
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2008
- 2008-09-04 CN CN2008100424889A patent/CN101343359B/zh not_active Expired - Fee Related
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