CN102086266B

CN102086266B - 含聚肽不对称超支化两性聚电解质及其制备方法

Info

Publication number: CN102086266B
Application number: CN2010106046833A
Authority: CN
Inventors: 陈涛; 陈莉莉; 林嘉平; 林绍梁
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: CN102086266A

Abstract

本发明含聚肽不对称超支化两性聚电解质，由两种代数相同或不同的末端含不同聚肽链段的超支化共聚物片段通过点击反应制备；超支化共聚物片段的分子结构不同，具有化学结构的不对称性；超支化共聚物片段分别具有聚阳离子和聚阴离子，具有电荷不对称性；含聚肽不对称超支化两性聚电解质本身对环境具有pH响应性；其制备步骤包括：①制备含炔端基、叠氮端基超支化基体；②制备含聚肽超支化共聚物片段；③制备含聚肽不对称超支化共聚物；④制备含聚肽不对称超支化两性聚电解质。本发明的积极效果是：制备出一类具有化学结构及电荷不对称性的、具有生物相容性和可生物降解性的超支化两性聚电解质，在生化传感器、药物传输及基因治疗领域具有应用价值。

Description

含聚肽不对称超支化两性聚电解质及其制备方法

技术领域

本发明涉及化合物合成及其制备技术领域，具体的涉及一种含聚肽不对称超支化两性聚电解质及其制备方法。

背景技术

两性聚电解质是指大分子链上同时含有正、负电荷基团的一类聚合物。这类高分子性质较为独特，静电相互作用既可为排斥力，也可为吸引力，取决于分子链中阴、阳离子基团的相对数目、溶液的pH值和盐的浓度，在溶液性质方面具有明显的反聚电解质效应。近年来，有关两性聚电解质已广泛应用于石油工程，作为新型的油田高分子化学剂。由于环保措施的滞后，工农业的发展难免引起严重的水污染，溶解性物质和色度物质的不断排放用常规的水处理剂已难以治理，因此，人们在不断探索新的治理剂，两性聚电解质成为其中是一种，用其治理水污染已取得了很大的成就。目前，两性聚电解质在水处理方面主要用作絮凝剂、污泥脱水剂、混凝剂、吸附剂及金属离子螯合剂等等。

超支化聚合物是指具有三维球状立体构造的高度支化的一类聚合物。由于其独特的结构，可以用作金属纳米粒子的主体；由于其具有强大的包容空间，可以与许多药物作用，发挥增溶、增效、缓释、控释的功能，能够降低药物的不良反应，提高治疗效率。此外，由于其不同支化代的系列产物都有一定的表面活性，可应用于生物医药、材料改性、工业催化和石油开采等领域中。

含有聚肽链段的超支化两性聚电解质具有良好的生物相容性、可生物降解性，其分子链构象随pH变化会发生刚性-柔性转变，在负载蛋白类药物、基因治疗及生物化学传感器方面具有潜在应用价值。但是，利用传统的发散法或收敛法无法制备具有不对称结构的超支化聚合物(这里的不对称性不仅指电荷的不对称，也指超支化化学结构的不对称性)。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，在研制一种超支化两性聚电解质的基础上提供一种含聚肽不对称超支化两性聚电解质；本发明的第二目的是，提供所述的含聚肽不对称超支化两性聚电解质的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种含聚肽不对称超支化两性聚电解质，其特征在于，由两种代数相同或不同的末端含不同聚肽链段的超支化共聚物片段通过“点击反应”制备；所述超支化共聚物片段的分子结构不同，具有化学结构的不对称性；所述超支化共聚物片段分别具有聚阳离子和聚阴离子，具有电荷不对称性；所述的含聚肽不对称超支化两性聚电解质本身对环境具有pH响应性；其结构式包括并不限于以下结构式中的一种：

式中，x＝20，y＝50；

式中，x＝30，y＝50。

所述的聚阴离子为聚肽阴离子。

所述的聚肽阴离子为聚(L-谷氨酸)或聚(L-天冬氨酸)。

所述的聚阳离子由聚肽阳离子及聚阳离子超支化共聚物基体组成。

所述的聚肽阳离子为聚(L-赖氨酸)。

所述的超支化共聚物基体为含有酯键的乙烯基单体与双氨基单体通过发散的酰胺化反应制备。

所述的含有酯键的乙烯基单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸以及它们的同系物、衍生物和异构体的一种或多种。

所述的双氨基单体为含有伯氨基或仲氨基两个氨基的化合物或它们的混合物，尤其是乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、辛二胺、癸二胺、芳香二胺、杂环二胺以及它们的烷基取代物，其中，这些单体的烷基为C₁～C₂₀的取代基。

所述的聚肽链段通过超支化共聚物基体末端氨基引发阴离子开环聚合或者分别为带有炔端基或叠氮端基的聚肽单链。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种含聚肽不对称超支化两性聚电解质的制备方法，其特征是，包含以下步骤：

(1)制备含炔端基、叠氮端基超支化共聚物基体

采用发散合成法，分别以丙炔胺、3-叠氮丙胺为核基元，依次与含有酯键的乙烯基单体和含有双氨基单体反应，合成具有炔端基或叠氮端基的代数相同或不同的超支化共聚物基体；

所述的乙烯基单体包括丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，丙烯酸叔丁酯，甲基丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸叔丁酯，丙烯酸，甲基丙烯酸以及它们的同系物、衍生物和异构体的一种或多种；

所述的双氨基单体为含有伯氨基或仲氨基两个氨基的化合物或它们的混合物，尤其是乙二胺、丙二胺、丁二胺、戊二胺、己二胺、辛二胺、癸二胺、芳香二胺、杂环二胺以及它们的烷基取代物，其中，这些单体的烷基为C₁～C₂₀的取代基；

(2)制备含聚肽超支化共聚物片段

将步骤(1)获得的代数相同或不同超支化共聚物基体与溶剂和氨基酸类五元环酸酐化合物NCA置于反应器中，室温下阴离子开环聚合，获得具有末端炔基或末端叠氮基的含不同聚肽链段的代数相同或不同的超支化共聚物片段；

所述的氨基酸类五元环酸酐化合物NCA包括L-谷氨酸-γ-苯甲酯、ε-苯甲氧羰基-L-赖氨酸、L-天冬氨酸-β-苯甲酯的NCA；

(3)通过点击化学过程(click chemistry)制备含聚肽不对称超支化共聚物

将步骤(2)获得的具有末端炔基或末端叠氮基的含不同聚肽链段的代数相同或不同的超支化共聚物片段与二甲基甲酰胺(DMF)、溴化亚铜(CuBr)和五甲基二亚乙基三胺(PMDETA)置于反应器中，在氮气保护下30℃恒温反应，再经分离、提纯、干燥，制得含聚肽不对称超支化共聚物；

(4)酸解法制备含聚肽不对称超支化两性聚电解质

将步骤(3)获得的含聚肽不对称超支化共聚物溶于三氟醋酸中，向其中加入氢溴酸/醋酸溶液进行酸解，经沉淀、过滤、干燥，制得含聚肽不对称超支化聚两性电解质。

本发明的积极效果是：

(1)结合了超支化聚合物的发散制备法、聚氨基酸的开环聚合法以及“点击化学”，制备出一类具有化学结构及电荷不对称性的新的超支化两性聚电解质，可方便地调控化学结构或电荷的不对称程度，为制备具有不对称结构的超支化两性聚电解质提供了新的途径；

(2)本发明的超支化两性聚电解质引入了构象可变的带相反电荷的聚氨基酸链段，可通过调节溶液pH值和盐浓度改变聚氨基酸链段的构象、溶解性以及聚集态，在生物化学传感器方面具有潜在应用价值；

(3)本发明所采用聚氨基酸具有良好的生物相容性、可生物降解性，可用于蛋白、多肽类药物的负载，在药物传输及基因治疗领域具有潜在应用价值。

附图说明

附图1为含聚肽不同代数超支化共聚物片段的傅里叶转换红外(FTIR)谱图，

图中：(a)为含炔基和聚(ε-苯甲氧羰基-L-赖氨酸)的2代超支化共聚物D2-PZLL，

(b)为含叠氮基的0代聚(L-谷氨酸-γ-苯甲酯)D0-PBLG；

附图2为含聚肽不同代数超支化共聚物片段及“点击反应”后的含聚肽不对称超支化共聚物在氘代氯仿(CDCl₃)中的氢核磁(¹H NMR)谱图，

图中：(a)为D2-PZLL，

(b)为D0-PBLG，

(c)为“点击反应”产物PBLG-D02-PZLL；

附图3为含聚肽不同代数超支化共聚物片段及“点击反应”后的含聚肽不对称超支化共聚物在氘代氯仿(CDCl₃)中的氢核磁(¹H NMR)谱图，

图中：(a)为含叠氮基和聚(ε-苯甲氧羰基-L-赖氨酸)的1代超支化共聚物D1-PZLL，

(b)为含叠氮基和聚(L-天冬氨酸-β-苯甲酯)的2代超支化共聚物D2-PBLA，

(c)为“点击反应”产物PZLL-D12-PBLA；

附图4为PZLL-D12-PBLA经酸解后获得的含聚肽不对称超支化两性聚电解质PLys-D12-PAsp的傅里叶转换红外(FTIR)图谱，其中，PLys和PAsp分别指聚(L-赖氨酸)和聚(L-天冬氨酸)。

具体实施方式

以下介绍本发明的具体实施方式，提供12个制备含聚肽不对称超支化两性聚电解质及其中间产物的实施例。但是应当指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。

由于本发明所述的含聚肽不对称超支化两性聚电解质化学结构的特殊性，其制备步骤包括：①制备含炔端基、叠氮端基超支化基体；②制备含聚肽超支化共聚物片段；③制备含聚肽不对称超支化共聚物；④制备含聚肽不对称超支化两性聚电解质。提供的实施例中：

实施例1、2、7、9为制备步骤①的实施例；

实施例3、4、8、10为制备步骤②的实施例；

实施例5、11为制备步骤③的实施例；

实施例6、12为制备步骤④的实施例。

实施例1

含炔端基超支化共聚物一代基体的制备：

将3.11ml丙炔胺和16ml丙烯酸甲酯分别用甲醇溶解后，在冰水浴中，向丙烯酸甲酯溶液中缓慢滴入丙炔胺溶液，室温氮气保护下反应一天；

将所得混合物在真空度为5000～0.01Pa下减压2小时，经干燥得到D0.5；

将1.9g D0.5和6.1g乙二胺用甲醇溶解，在冰水浴中向乙二胺溶液中缓慢滴入D0.5溶液，室温氮气保护下反应48小时；

将所得混合物在真空度为5000～0.01Pa下减压4小时，经干燥得到D1，产率约为83％；D1的结构式为：

实施例2

含炔端基超支化共聚物二代基体的制备：

将1g实施例1所得D1和6.3ml丙烯酸甲酯分别用甲醇溶解后，按实施例1的方法进行制备，获得聚合物D2，产率约为80％；D2的结构式为：

实施例3

含炔端基及聚肽链段的超支化共聚物的制备：

将150mg实施例2所得的D2和5.3gε-苯甲氧羰基-L-赖氨酸(ZLL)的NCA分别密封在反应瓶中，抽真空充氮气后加入200ml的DMF溶解，室温下聚合72小时，用乙醇沉淀，过滤干燥，获得D2-PZLL，产率为79％，D2-PZLL的傅里叶转换红外(FTIR)图谱见图1(a)，D2-PZLL的氢核磁(¹H NMR)图谱见图2(a)；其结构式为：

式中，x＝20。

实施例4

含叠氮端基的聚肽单链的制备：

分别将40μL叠氮丙胺和5.2g L-谷氨酸-γ-苯甲酯(BLG)的NCA密封在反应瓶中，抽真空充氮气后，加入200ml的DMF溶解，室温下聚合72小时，用乙醇中沉淀，过滤干燥，获得DO-PBLG，产率为81％，其傅里叶转换红外(FTIR)图谱见图1(b)，其氢核磁(¹H NMR)图谱见图2(b)；其结构式为：

式中，y＝50。

实施例5

含聚肽不对称超支化共聚物的制备：

在反应瓶中分别加入0.5g实施例3获得的D2-PZLL和0.9g实施例4获得的DO-PBLG，以及12mg CuBr、14mg PMDETA和10ml DMF，搅拌溶解，经冷冻-抽真空-融化循环3次后，在氮气保护下于30℃恒温反应20小时后，加入四氢呋喃(THF)稀释，过氧化铝柱，蒸除大部分四氢呋喃(THF)，透析、冻干后获得PBLG-D02-PZLL，产率为85％，PBLG-D02-PZLL的氢核磁(¹H NMR)图谱见图2(c)，其结构式为：

式中，x＝20，y＝50。

实施例6

含聚肽不对称超支化两性聚电解质的制备：

将0.2g实施例5获得的PBLG-D02-PZLL溶解在25ml三氟醋酸中，搅拌20分钟后向其中加入10ml 30％的氢溴酸/醋酸溶液，反应2小时后，乙醚沉淀，过滤干燥，即获得伞型含聚肽不对称超支化两性聚电解质PLGA-D02-PLys，产率为82.1％，其结构式如下所示，等电点为10.6：

式中，x＝20，y＝50。

实施例7

含叠氮端基超支化共聚物一代基体的制备：

将40μL叠氮丙胺、200mg丙烯酸乙酯以及7.5g丙二胺，按实施例1的方法进行反应，获得N₃-D1，产率为81.5％，其结构式为：

实施例8

含叠氮端基及聚肽链段的超支化共聚物的制备：

将30mg实施例7获得的N₃-D1和2.3gε-苯甲氧羰基-L-赖氨酸的NCA按实施例3的方法进行反应，获得D1-PZLL，产率为84.9％，D1-PZLL的氢核磁(¹H NMR)图谱见图3(a)，其结构式为：

式中，y＝50。

实施例9

含炔端基超支化共聚物二代基体的制备：

将3.11ml的丙炔胺和17ml的甲基丙烯酸甲酯分别用甲醇溶解后，按实施例1和实施例2的方法进行制备，得到的目标物的结构如下，产率约为78.9％：

实施例10

含炔端基及聚肽链段的超支化共聚物的制备：

分别将200mg实施例9获得的产物和8g L-天冬氨酸-β-苯甲酯的NCA置于反应瓶中，按实施例3的方法进行反应，最后获得D2-PBLA，产率约为81％，D2-PBLA的氢核磁(¹HNMR)图谱见图3(b)，D2-PBLA的结构式为：

式中，x＝30。

实施例11

含聚肽不对称超支化共聚物的制备：

将0.5g实施例10获得的D2-PBLA，0.44g实施例8获得的D1-PZLL、7mg CuBr、9mg PMDETA和适量DMF按实施例5的方法进行反应，获得PZLL-D12-PBLA，产率为79.1％，PZLL-D12-PBLA的氢核磁(¹H NMR)图谱见图3(c)，PZLL-D12-PBLA的结构式为：

式中，x＝30，y＝50。

实施例12

含聚肽不对称超支化两性聚电解质的制备：

取0.2g实施例11获得的PZLL-D12-PBLA，按实施例6的方法进行反应，获得含聚肽不对称超支化两性聚电解质PLys-D12-PAsp，产率约为81％。PLys-D12-PAsp的傅里叶转换红外(FTIR)图谱见图4，PZLL-D12-PBLA的结构如下所示，等电点为9.4。。

式中，x＝30，y＝50。

Claims

1.一种含聚肽不对称超支化两性聚电解质，其特征在于，由两种代数相同或不同的末端含不同聚肽链段的超支化共聚物片段通过“点击反应”制备；所述超支化共聚物片段的分子结构不同，具有化学结构的不对称性；所述超支化共聚物片段分别具有聚阳离子和聚阴离子，具有电荷不对称性；所述的含聚肽不对称超支化两性聚电解质本身对环境具有pH响应性；其结构式为以下结构式中的一种：

式中，x=20,y=50；

式中，x=30，y=50。

2.如权利要求1所述的含聚肽不对称超支化两性聚电解质，其特征在于，所述的聚阴离子为聚（L-谷氨酸）或聚（L-天冬氨酸）聚肽阴离子。

3.如权利要求1所述的含聚肽不对称超支化两性聚电解质，其特征在于，所述的聚阳离子由聚肽阳离子及聚阳离子超支化共聚物基体组成，所述聚肽阳离子为聚（L-赖氨酸），所述聚阳离子超支化共聚物基体为含有酯键的乙烯基单体与双氨基单体通过发散的酰胺化反应制备。

4.如权利要求3所述的含聚肽不对称超支化两性聚电解质，其特征在于，所述的含有酯键的乙烯基单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯。

5.如权利要求3所述的含聚肽不对称超支化两性聚电解质，其特征在于，所述的双氨基单体选自乙二胺或丙二胺。

6.如权利要求1所述的含聚肽不对称超支化两性聚电解质，其特征在于，所述的聚肽链段通过超支化共聚物基体末端氨基引发阴离子开环聚合或者分别为带有炔端基或叠氮端基的聚肽单链。

7.如权利要求1所述的含聚肽不对称超支化两性聚电解质的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

（1）含炔端基、叠氮端基超支化基体的制备

所述的乙烯基单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯；

所述的双氨基单体选自乙二胺或丙二胺；

（2）开环聚合制备含聚肽超支化共聚物片段

将步骤（1）获得的代数相同或不同超支化共聚物基体与溶剂和氨基酸类五元环酸酐化合物NCA置于反应器中，室温下阴离子开环聚合，获得具有末端炔基或末端叠氮基的含不同聚肽链段的代数相同或不同的超支化共聚物片段；

（3）通过点击化学过程制备含聚肽不对称超支化共聚物

将步骤（2）获得的具有末端炔基或末端叠氮基的含不同聚肽链段的代数相同或不同的超支化共聚物片段与二甲基甲酰胺、溴化亚铜和五甲基二亚乙基三胺置于反应器中，在氮气保护下30℃恒温反应，再经分离、提纯、干燥，制得含聚肽不对称超支化共聚物；

（4）酸解法制备含聚肽不对称超支化两性聚电解质

将步骤（3）获得的含聚肽不对称超支化共聚物溶于三氟醋酸中，向其中加入氢溴酸/醋酸溶液进行酸解，经沉淀、过滤、干燥，制得含聚肽不对称超支化聚两性电解质。