CN103204789B

CN103204789B - 一种半胱氨酸衍生物、非离子型聚半胱氨酸及其制备方法

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Publication number: CN103204789B
Application number: CN201210012426.XA
Authority: CN
Inventors: 李志波; 沈勇; 付小会
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2032-01-16
Also published as: CN103204789A

Abstract

本发明提供了一种半胱氨酸衍生物、非离子型聚半胱氨酸及其制备方法。该半胱氨酸衍生物如式(I)所示，该非离子型聚半胱氨酸的结构式如式(i)所示；其中，R₁为H、取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基，R₂为H或甲基，R₃为式(II)所示聚乙二醇单甲醚基、式(III)所示叠氮烷基或式(IV)所示炔烷基；本发明提供的制备方法原料来源广泛，可以从现有的商业途径获得，成本低廉，合成方法简单易行；本发明提供的非离子型聚半胱氨酸具有水溶性、温度响应性等性质或者带有可进一步发生“点击化学”反应的炔基或叠氮基官能团，其温度响应性(即低临界溶解温度)可以通过侧链乙二醇单元的长度以及两种不同侧链乙二醇单元长度的氨基酸无规共聚来调节；本发明提供的非离子型聚半胱氨酸在控制释放、生物传感器等领域有广泛的应用前景。

Description

一种半胱氨酸衍生物、非离子型聚半胱氨酸及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种半胱氨酸衍生物、非离子型聚半胱氨酸及其制备方法，属于有机合成领域。

背景技术

氨基酸作为人体的基本组成成分具有其它材料不可比拟的生物相容性和生物可降解性，同时氨基酸含有许多可以利用的官能团来改性和制备具有特定功能的聚多肽。因此基于天然氨基酸的高分子材料被广泛地用于多个材料领域，一般的，可采用多种聚合方法合成聚氨基酸多肽，如液相合成、固相合成、NCA开环聚合以及基因工程生物合成等方法。

智能高分子材料的研究是新技术、新功能材料产生的源泉和研究热点。智能材料是指对外界环境的物理或者化学刺激，材料的物理或者化学性质能够发生相应的突变的一类材料。因此通过分子结构的设计，对天然氨基酸进行化学修饰，引入一些新的官能团来制备新的功能性氨基酸单体，进而能够创造具有不同物理化学性质的聚氨基酸材料，进一步用不同的多肽合成方法制备具有特殊性能的多肽，以及通过聚合反应制备均聚物或与其他氨基酸共聚制备嵌段共聚物，使其合成的多肽具有特定的功能。

综上所述，发展高效、高选择性的有机反应来制备功能氨基酸单体是合成中的一个难点，具有很大的挑战性；新的功能氨基酸单体可以进一步用于制备新性能和新功能的高分子材料。

我们知道，巯基能够与活化的烯烃双键如丙烯酸酯或丙烯酰胺等在弱碱性的条件下发生迈克尔加成反应，生成硫醚。这类反应具有反应速率快，反应条件温和，定量反应的特点，被称为“点击化学”反应。因此，利用迈克尔加成反应制备带有新型官能团的功能性氨基酸单体，具有合成方法简单，绿色环保等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种半胱氨酸衍生物及其制备方法；

本发明的另一个目的是提供一种非离子型聚半胱氨酸及其制备方法。

本发明提供的式(I)所示半胱氨酸衍生物，

式中，R₁为H、取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基，R₂为H或甲基，R₃为式(II)所示聚乙二醇单甲醚基、式(III)所示叠氮烷基或式(IV)所示炔烷基，x为1～9之间的自然数，y为1～11之间的自然数，z为1～9之间的自然数。

上述的半胱氨酸衍生物中，所述烷氧羰基具体可为叔丁氧羰基；所述芳烷氧羰基具体可为苯甲氧羰基或芴甲氧羰基。

本发明还提供了上述半胱氨酸衍生物的制备方法，包括如下方法(a)、(b)、(c)、(d)、(e)或(f)中的步骤：

方法(a)、

(1)聚乙二醇单甲醚与式(V)所示丙烯酰氯化合物在碱性化合物a存在的条件下进行反应得到式(VI-1)所示化合物，式(V)和式(VI-1)中，R₂为H或甲基，x为1～9之间的自然数；

(2)式(VI-1)所示化合物与半胱氨酸在弱碱性条件下进行反应即得式(I-1)所示半胱氨酸衍生物，式(I-1)中，R₂为H或甲基，x为1～9之间的自然数；

方法(b)、

按照所述方法(a)制备式(I-1)所示半胱氨酸衍生物；式(I-1)所示半胱氨酸衍生物与式(VII)或式(VIII)所示化合物在碱性化合物b存在的条件下进行反应即得式(I-2)所示半胱氨酸衍生物；式中，R₁取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基，X为卤素原子，x为1～9之间的自然数；

方法(c)、

(1)式(IX)所述溴代烷基醇和叠氮钠反应得到式(IX-1)所示叠氮烷基醇，式(IX)和式(IX-1)中，y为1～11之间的自然数；

(2)式(V)所示丙烯酰氯化合物与式(IX-1)所述叠氮烷基醇在碱性化合物a存在的条件下进行反应得到式(VI-2)所示化合物，式(V)和式(VI-2)中，R₂为H或甲基，式(VI-2)和(IX-1)中，y为1～11之间的自然数；

(3)式(VI-2)所示化合物与半胱氨酸在弱碱性条件下进行反应即得式(I-3)所示半胱氨酸衍生物，式(I-3)中，R₂为H或甲基，y为1～11之间的自然数；

方法(d)、

按照所述方法(c)制备式(I-3)所示半胱氨酸衍生物；式(I-3)所示半胱氨酸衍生物与式(VII)或式(VIII)所示化合物在碱性化合物b存在的条件下进行反应即得式(I-4)所示半胱氨酸衍生物；式中，R₁为取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基，y为1～11之间的自然数；

方法(e)、

(1)式(V)所示丙烯酰氯化合物与式(X)所述炔基烷基醇在碱性化合物a存在的条件下进行反应得到式(VI-3)所示化合物，式(V)和式(VI-3)中，R₂为H或甲基，式(VI-3)和(X)中，z为1～9之间的自然数；

(2)式(VI-3)所示化合物与半胱氨酸在弱碱性条件下进行反应即得式(I-5)所示半胱氨酸衍生物，式(I-5)中，R₂为H或甲基，z为1～9之间的自然数；

方法(f)、

按照所述方法(e)制备式(I-5)所示半胱氨酸衍生物；式(I-5)所示半胱氨酸衍生物与式(VII)或式(VIII)所示化合物在碱性化合物b存在的条件下进行反应即得式(I-6)所示半胱氨酸衍生物；式中，R₁为取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基，X为卤素原子，z为1～9之间的自然数；

上述的制备方法中，方法(a)中，x具体可为1、2、3、4、5、8或9；

步骤(1)中，所述聚乙二醇单甲醚与式(V)所示丙烯酰氯化合物的摩尔份数比可为1∶(1～2)，具体可为1∶1.2；所述聚乙二醇单甲醚与碱性化合物a的摩尔份数比可为1∶(1～2)，具体可为1∶1.2；所述反应的温度可为0℃～25℃，具体可为25℃，时间可为12～48h，具体可为24h；

步骤(2)中，所述半胱氨酸与式(VI-1)所示化合物的摩尔份数比可为1∶(1-2)，具体可为1∶1.1；所述弱碱性条件的pH值为7～8，具体可为7.5；所述反应的温度可为20℃～30℃，具体可为25℃，时间可为8～48h，具体可为48h。

上述的制备方法中，方法(b)中，式(I-1)所示半胱氨酸衍生物与碱性化合物b的摩尔份数比可为1∶(1～5)，具体可为1∶2.5；式(I-1)所示半胱氨酸衍生物与式(VII)或式(VIII)所示化合物的摩尔份数比为1∶(1～1.5)，具体可为1∶1.2；所述反应的溶剂可为水、四氢呋喃、二氧六环或丙酮；所述反应的温度为0℃～30℃，具体可为25℃，时间可为4～24h，具体可为12h。

上述的制备方法中，方法(c)中，步骤(1)中，式(IX)所示溴代烷基醇与叠氮钠的摩尔份数比为1∶(1～10)，具体可为1∶2；所述反应的溶剂可为二甲基甲酰胺、丙酮、乙腈、水或二甲基亚砜；所述反应的温度可为60℃～120℃，具体可为65℃；所述反应的时间可为12～48h，具体可为24h；

步骤(2)中式(IX-1)所述叠氮烷基醇与式(V)所示丙烯酰氯化合物的摩尔份数比可为1∶(1～2)，具体可为1∶1.2；式(IX-1)所述叠氮烷基醇与所述碱性化合物a的摩尔份数比可为1∶(1～2)，具体可为1∶1.2；所述反应的温度可为0℃～25℃，具体可为25℃，时间为12～48h，具体可为24h；

步骤(3)中，半胱氨酸与式(VI-2)所示化合物的摩尔份数比可为1∶(1～2)，具体可为1∶1.1；所述弱碱性条件的pH值可为7～8，具体可为7.5；所述反应的温度可为20℃～30℃，具体可为25℃，时间可为8～48h，具体可为48h。

上述的制备方法中，方法(e)中，z具体可为1、2、3、4或9；

步骤(1)中，式(X)所述炔基烷基醇与式(V)所示丙烯酰氯化合物的摩尔份数比可为1∶(1～2)，具体可为1∶1.2；式(X)所述炔基烷基醇与所述碱性化合物a的摩尔份数比可为1∶(1～2)，具体可为1∶1.2；所述反应的温度可为0℃～25℃，具体可为25℃，时间可为12～48h，具体可为24h；

步骤(2)中，半胱氨酸与式(VI-3)所示化合物的摩尔份数比可为1∶(1～2)，具体可为1∶1.1；所述弱碱性条件的pH值可为7～8，具体可为7.5；所述反应的温度为20℃～30℃，具体可为25℃，时间可为8～48h，具体可为48h。

上述的制备方法中，所述碱性化合物a可为三乙胺、吡啶或N-甲基吗啉；

所述碱性化合物b可为碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠或氢氧化钾；

所述弱碱性条件可通过碱性物质进行调控，所述碱性物质具体可为三乙胺、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾、吡啶和N-甲基吗啉中至少一种。

本发明还进一步提供了式(i)所示非离子型聚半胱氨酸，

式中，R₂为H或甲基，R₃为式(II)所示聚乙二醇单甲醚基、式(III)所示叠氮烷基或式(IV)所示炔烷基，x为1～9之间的自然数，y为1～11之间的自然数，z为1～9之间的自然数。

本发明提供了式(i)所示非离子型聚半胱氨酸的制备方法，包括如下步骤

(1)权利要求1或2所述半胱氨酸衍生物与三光气进行反应得到N-羧基-环内酸酐化合物；

(2)所述N-羧基-环内酸酐化合物在引发剂的作用下进行聚合反应即得所述非离子型聚半胱氨酸。

上述的制备方法中，步骤(1)中，所述半胱氨酸衍生物与三光气的摩尔份数比可为1∶(0.30～0.50)，具体可为1∶0.33、1∶0.40或1∶0.48；所述反应的溶剂可为四氢呋喃、乙酸乙酯或二氯甲烷；所述反应的温度可为35℃～55℃，具体可为35℃、45℃或55℃，时间可为4～6h，具体可为4h、5h或6h；所述反应可在惰性气氛下进行，如氮气或氩气。

上述的制备方法中，步骤(2)中，所述引发剂可为伯胺(如正己胺)、仲胺(如二乙胺)、叔胺(如三乙胺)、六甲基二硅胺、1，5-环辛二烯-1，2-二(二乙基膦基)乙烷-镍(零价)络合物或1，5-环辛二烯-二联吡啶-镍(零价)络合物；所述引发剂与所述N-羧基-环内酸酐化合物的摩尔份数比可为1∶(50～200)，如1∶100；所述聚合反应的温度可为20℃～50℃，具体可为20℃或30℃，时间可为24～72h，具体可为72h；所述聚合反应的溶剂可为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃或二氧六环。

本发明提供的半胱氨酸衍生物和非离子型聚半胱氨酸的制备方法的原料来源广泛，成本低廉，合成方法简单易行；本发明提供的半胱氨酸衍生物可进一步用于制备人工多肽、氨基酸均聚物和共聚物，具有潜在的应用价值；本发明提供的侧链带有聚乙二醇单元的非离子型聚半胱氨酸具有水溶性、温度响应性等性质，其温度响应性(即低临界溶解温度)可以通过侧链乙二醇单元的长度来调节；而侧链带有叠氮官能团和炔基官能团的聚半胱氨酸能够用于“点击化学”反应并进行功能化修饰。因此本发明提供的聚半胱氨酸在控制释放、生物传感器等领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1为式(1)所示氨基酸的¹H NMR谱图。

图2为式(2)所示氨基酸的¹H NMR谱图。

图3为式(3)所示氨基酸的¹H NMR谱图。

图4为式(4)所示氨基酸的¹H NMR谱图。

图5为式(5)所示氨基酸的¹H NMR谱图。

图6为式(6)所示氨基酸的¹H NMR谱图。

图7为式(7)所示氨基酸的¹H NMR谱图。

图8为式(8)所示聚氨基酸¹H NMR谱图。

图9为式(9)所示聚氨基酸¹H NMR谱图。

图10为式(10)所示聚氨基酸¹H NMR谱图。

图11为式(8)所示聚氨基酸的透过率随温度变化的曲线图。

图12为式(9)所示聚氨基酸的透过率随温度变化的曲线图。

图13为式(10)所示聚氨基酸的透过率随温度变化的曲线图。

图14为式(8)所示聚氨基酸的圆二色谱随温度改变的谱图。

图15为式(9)所示聚氨基酸的圆二色谱随温度改变的谱图。

图16为式(10)所示聚氨基酸的圆二色谱随温度改变的谱图，其中图16(a)为升温过程中聚氨基酸的圆二色谱随温度改变的谱图；图16(b)为降温过程中聚氨基酸的圆二色谱随温度改变的谱图。

具体实施方式

下述实施案例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施案例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、式(1)所示氨基酸的制备

(1)0.1mol二乙二醇单甲醚、0.12mol三乙胺溶于70ml无水二氯甲烷中，置于冰水浴中冷却至0℃；将0.12mol丙烯酰氯溶于20ml无水二氯甲烷中，然后缓慢滴加到前述混合溶液中；该体系中二乙二醇单甲醚与丙烯酰氯的摩尔份数比为1∶1.2，二乙二醇单甲醚与三乙胺的摩尔份数比为1∶1.2；滴加完后在25℃下搅拌反应24h；过滤去除沉淀，滤液用0.6mol/L的盐酸溶液50ml洗3次，再用饱和NaHCO₃溶液25ml洗3次，最后用饱和NaCl溶液25ml洗3次；有机相用无水MgSO₄干燥后旋蒸，抽干有机溶剂后得到浅黄色油状物，产率为74％；

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ：6.39(1H，d)，6.13(1H，d×d)，5.8(1H，d)，4.29(2H，t)，3.71(2H，t)，3.62(2H，t)，3.52(2H，t)，3.38(3H，s)。

(2)将0.02mol半胱氨酸溶于50ml水中，用三乙胺将水溶液pH调至7.5，逐滴加入0.022mol前述所得浅黄色油状物，在25℃下搅拌反应48h；该体系中半胱氨酸与丙烯酸二乙二醇单甲醚酯的摩尔份数比为1∶1.1；反应完成后用50ml乙酸乙酯洗3次；水相冷冻干燥后得到淡黄色固体，产率为97％；

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，D₂O)δ：4.32(2H，t)，3.99(1H，d×d)，3.80(2H，t)，3.72，(2H，t)，3.64(2H，t)，3.40(3H，s)，3.19(1H，d×d)，3.08(1H，d×d)，2.90(2H，t)，2.79(2H，t)，其¹H NMR谱图如图1所示。

实施例2、式(2)所示氨基酸的制备

(1)0.1mol三乙二醇单甲醚、0.12mol三乙胺溶于70ml无水二氯甲烷中，置于冰水浴中冷却至0℃；将0.12mol甲基丙烯酰氯溶于20ml无水二氯甲烷中，然后缓慢滴加到前述混合溶液中；该体系中三乙二醇单甲醚与甲基丙烯酰氯的摩尔份数比为1∶1.2，三乙二醇单甲醚与三乙胺的摩尔份数比为1∶1.2；滴加完后在25℃搅拌反应24h；过滤去除沉淀，滤液用0.6mol/L的盐酸溶液50ml洗3次，再用饱和NaHCO₃溶液25ml洗3次，最后用饱和NaCl溶液25ml洗3次；有机相用无水MgSO₄干燥后旋蒸，抽干有机溶剂后得到浅黄色油状物，产率为90％；

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ：6.09(1H，s)，5.54(1H，s)，4.26(2H，t)，3.71(2H，t)，3.63(6H，t)，3.52(2H，t)，3.34(3H，s)，1.91(3H，s)。

(2)将0.02mol半胱氨酸溶于50ml水中，用三乙胺将水溶液pH调至7.5，逐滴加入0.022mol前述所得浅黄色油状物，在25℃下搅拌反应48h；该体系中半胱氨酸与甲基丙烯酸三乙二醇单甲醚酯的摩尔份数比为1∶1.1；反应完成后用50ml乙酸乙酯洗3次；水相冷冻干燥后得到淡黄色固体，产率为90％；

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，D₂O)δ：4.34(2H，t)，3.95(1H，d×d)，3.82(2H，t)，3.75，(2H，t)，3.71(4H，t)，3.65(2H，t)，3.41(3H，s)，3.18(1H，d×d)，3.07(1H，d×d)，2.88(3H，m)，1.27(3H，d)，其¹HNMR谱图如图2所示。

实施例3、式(3)所示氨基酸的制备

将(0.03534g，1mmol)式(2)所示氨基酸溶于50ml水和40ml乙酸乙酯的混合溶剂中，加入(0.21g，2.5mmol)碳酸氢钠，置于冰水浴中冷却，(0.2047g，1.2mmol)苯甲氧羰酰氯溶于10ml乙酸乙酯中，然后缓慢滴加到前述混合溶液中；该体系中式(2)所示氨基酸与碳酸氢钠的摩尔份数比为1∶2.5，式(2)所示氨基酸与苯甲氧羰酰氯的摩尔份数比为1∶1.2；滴加完后在25℃搅拌反应12h；反应结束后，分离去除乙酸乙酯层，水相用50ml乙酸乙酯再洗一次；用浓盐酸将水溶液pH调至1～2，用乙酸乙酯萃取2次，每次50ml，合并有机相，用无水硫酸镁干燥，旋蒸抽干有机溶剂后得到无色油状液体；

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，DMSO)δ：7.53(1H，d)，7.36(5H，s)，5.04(2H，s)，4.12(3H，m)，3.60(2H，t)，3.51(6H，t)，3.42(2H，t)，3.23(3H，s)，2.89(1H，m)，2.75(2H，m)，2.65(2H，m)，1.15(3H，d)，其¹H NMR谱图如图3所示。

实施例4、式(4)所示氨基酸的制备

将(1.767g，5mmol)式(2)所示氨基酸溶于50ml水和40ml乙酸乙酯的混合溶剂中，加入(1.05g，12.5mmol)碳酸氢钠，置于冰水浴中冷却，(1.31g，6mmol)二碳酸二叔丁酯溶于10ml乙酸乙酯中，然后缓慢滴加到前述混合溶液中；该体系中式(2)所示氨基酸与碳酸氢钠的摩尔份数比为1∶2.5，式(2)所示氨基酸与二碳酸二叔丁酯的摩尔份数比为1∶1.2；滴加完后在25℃搅拌反应12h；反应结束后，分离去除乙酸乙酯层，水相用50ml乙酸乙酯再洗一次；用0.6mol/L盐酸将水溶液pH调至1～2，用乙酸乙酯萃取2次，每次50ml；合并有机相，用无水硫酸镁干燥，旋蒸抽干有机溶剂后得到无色油状液体；

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ：8.63(1H，br)，4.53(1H，br)，4.28(2H，m)，3.70(8H，m)，3.66(2H，t)，3.37(3H，s)，3.04(2H，s)，2.91～2.52(3H，m)，1.43(9H，s)，1.20(3H，d)，其¹H NMR谱图如图4所示。

实施例5、式(5)所示氨基酸的制备

将(0.5908g，2mmol)式(1)所示氨基酸溶于5ml水和3ml二氧六环的混合溶剂中，加入(0.53g，5mmol)碳酸钠，置于冰水浴中冷却。(0.621g，2.4mmol)芴甲氧羰酰氯溶于2ml二氧六环中，然后缓慢滴加到前述混合溶液中；该体系中式(1)所示氨基酸与碳酸钠的摩尔份数比为1∶2.5，式(1)所示氨基酸与芴甲氧羰酰氯的摩尔份数比为1∶1.2；滴加完后在25℃搅拌反应12h；反应结束后，反应混合物中加入50ml水稀释，再用乙醚萃取洗涤两次，每次50ml；用浓盐酸将水溶液pH调至1～2，用乙酸乙酯萃取2次，每次50ml；合并有机相，用无水硫酸镁干燥，旋蒸抽干有机溶剂后得到无色油状液体；

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ：7.74(2H，d)，7.60(2H，d)，7.38(2H，t)，7.30(2H，t)，6.98(1H，br)，4.64(1H，m)，4.38(2H，d)，4.21(3H，m)，3.7～3.56(6H，m)，3.38(3H，s)，3.08～2.61(6H，m)，其¹H NMR谱图如图5所示。

实施例6、式(6)所示氨基酸的制备

(1)将0.01mol丙炔醇和0.012mol三乙胺溶于50ml无水二氯甲烷中，置于冰水浴中冷却至0℃。将0.012mol丙烯酰氯溶于20ml无水二氯甲烷中，然后缓慢滴加到前述混合溶液中；该体系中丙炔醇与丙烯酰氯的摩尔份数比为1∶1.2，丙炔醇与三乙胺的摩尔份数比为1∶1.2；滴加完后在25℃下搅拌反应24h；过滤去除沉淀，滤液用0.6mol/L的盐酸溶液50ml洗3次，再用饱和NaHCO₃溶液25ml洗3次，最后用饱和NaCl溶液25ml洗3次；有机相用无水MgSO₄干燥后旋蒸，抽干有机溶剂后得到浅黄色油状物，减压蒸馏后得到无色油状物，即丙烯酸丙炔酯，产率为75％；

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ：6.46(1H，d)，6.14(1H，d×d)，5.88(1H，d)，4.75(2H，s)，2.59(1H，s)。

(2)将0.005mol半胱氨酸溶于50ml水中，用碳酸氢钠将水溶液pH调至7.5，逐滴加入0.0055mol丙烯酸丙炔酯，在25℃下搅拌反应48h；该体系中半胱氨酸与丙烯酸丙炔酯的摩尔份数比为1∶1.1；反应完成后，将水相冷冻干燥，得到白色固体，产率为91％；

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，D₂O)δ：4.77(2H，d)，3.94(1H，d×d)，3.16(1H，d×d)，3.06(1H，d×d)，2.93(1H，t)，2.90(2H，d×d)，2.79(2H，d×d)。其¹H NMR谱图如图6所示。

实施例7、式(7)所示氨基酸的制备

(1)0.02mol溴乙醇和0.04mol叠氮钠溶于60ml丙酮和15ml水的混合溶液中，在65℃下回流反应24h；该体系中溴乙醇和叠氮钠的摩尔份数比为1∶2；旋蒸除去丙酮后，再加入50ml水。用乙醚萃取水相3次，每次50ml；合并有机相，用无水硫酸镁干燥，旋蒸抽干溶剂后得到无色液体，即2-叠氮乙醇，产率66％；核磁氢谱¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ：3.77(2H，t)，3.44(2H，t)，2.01(1H，s)；IR：2104cm^-1。

(2)将0.01mol 2-叠氮乙醇和0.012mol三乙胺溶于50ml无水二氯甲烷中，置于冰水浴中冷却至0℃；将0.012mol丙烯酰氯溶于20ml无水二氯甲烷中，然后缓慢滴加到前述混合溶液中；该体系中2-叠氮乙醇与丙烯酰氯的摩尔份数比为1∶1.2，2-叠氮乙醇与三乙胺的摩尔份数比为1∶1.2；滴加完后在25℃下搅拌反应24h；过滤除去沉淀，滤液用0.6mol/L的盐酸溶液50ml洗3次，再用饱和NaHCO₃溶液25ml洗3次，最后用饱和NaCl溶液25ml洗3次；有机相用无水MgSO₄干燥后旋蒸，抽干有机溶剂后得到浅黄色油状物，即丙烯酸2-叠氮乙酯，产率为61％；

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ：6.44(1H，d)，6.15(1H，d×d)，5.88(1H，d)，4.32(2H，t)，3.51(2H，t)。IR：2107cm^-1。

(3)将0.005mol半胱氨酸溶于50ml水中，用碳酸氢钠将水溶液pH调至7.5，逐滴加入0.0055mol丙烯酸2-叠氮乙酯，在25℃下搅拌反应48h；该体系中半胱氨酸与丙烯酸2-叠氮乙酯的摩尔份数比为1∶1.1；反应完成后，将水相冷冻干燥，得到白色固体，产率为91％；

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，D₂O)δ：4.35(2H，t)，3.84(1H，d×d)，3.62(2H，t)，3.12(1H，d×d)，3.02(1H，d×d)，2.91(2H，d×d)，2.81(2H，d×d)。其¹H NMR谱图如图7所示；IR：2108cm^-1。

实施例8、式(8)所示聚氨基酸的制备

(1)将按上述单体制备方法得到的相应单体1克和0.29克三光气混合(其中，该淡黄色固体与三光气的摩尔份数比为1∶0.33)，在氮气保护下，加入20毫升四氢呋喃，35℃下反应6个小时，反应结束后，硅藻土过滤，抽干溶剂，得到黄色油状液体，转移进手套箱，四氢呋喃∶正己烷＝1∶3(v/v)沉淀3次，得到淡黄色油状液体0.76克，产率为71％；红外光谱FTIR(THF)：2921，1855，1786，1733，1650，1105，924cm^-1.

(2)该步骤的聚合反应是在氮气保护的反应瓶中进行的：将步骤(1)得到的淡黄色油状液体溶于二甲基甲酰胺中，配成100毫克/毫升的溶液并取2毫升，然后迅速加入含有三乙胺的四氢呋喃溶液(20毫克/毫升)0.028毫升(该体系中，三乙胺与步骤(1)得到的淡黄色油状液体的摩尔份数比为1∶100)，在20℃下反应72小时；将反应完成后的溶液加入到大量乙醚中，离心法得到白色固体，沉淀3次；抽干得到白色固体，即为式(8)所示聚氨基酸。

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，CDCl₃/CF₃CO₂D(v/v＝1∶1))：δ8.75-7.80(br，1H)，5.09-4.60(br，1H)，4.45-4.19(br，2H)，4.03-3.62(br，10H)，3.59-3.35(br，3H)，3.25-2.50(br，6H)，凝胶渗透色谱/激光光散射测得数均分子量为15000g/mol，分子量分布为1.08，数均聚合度为47，其¹H NMR谱图如图8所示。

实施例9、式(9)所示聚氨基酸的制备

(1)将按上述单体制备方法得到的相应单体1克和0.34克三光气混合(其中，该淡黄色固体与三光气的摩尔份数比为1∶0.40)，在氮气保护下，加入20毫升二氯甲烷，45℃下反应5个小时，反应结束后，硅藻土过滤，抽干溶剂，得到黄色油状液体，转移进手套箱，四氢呋喃∶正己烷＝1∶3(v/v)沉淀3次，得到淡黄色油状液体0.74克，产率为70％；红外光谱FTIR(THF)：2921，1855，1786，1733，1650，1105，924cm^-1.

(2)该步骤的聚合反应是在氩气保护的反应瓶中进行的：将步骤(1)得到的淡黄色油状液体溶于二甲基甲酰胺中，配成100毫克/毫升的溶液并取2毫升，然后迅速加入含有三乙胺的四氢呋喃溶液(20毫克/毫升)0.027毫升(该体系中，三乙胺与步骤(1)得到的淡黄色油状液体的摩尔份数比为1∶100)，在30℃下反应72小时；将反应完成后的溶液加入到大量乙醚中，离心法得到白色固体，沉淀3次；抽干得到白色固体，即为式(9)所示聚氨基酸；

核磁氢谱1H NMR(400MHz，CDCl₃/CF₃CO₂D(v∶v＝1∶1))：δ8.33-7.83(br，1H)，5.09-4.60(br，1H)，4.57-4.19(br，2H)，4.13-3.69(br，10H)，3.69-3.41(br，3H)，3.25-2.52(br，5H)，1.45-1.10(br，3H)，凝胶渗透色谱/激光光散射测得数均分子量为15800g/mol，分子量分布为1.32，数均聚合度为46，其¹H NMR谱图如图9所示。

实施例10、式(10)所示聚氨基酸的制备

(1)将按上述单体制备方法得到的相应单体1克和0.36克三光气混合(其中，该淡黄色固体与三光气的摩尔份数比为1∶0.48)，在氮气保护下，加入20毫升二氯甲烷，55℃下反应4个小时，反应结束后，硅藻土过滤，抽干溶剂，得到黄色油状液体，转移进手套箱，四氢呋喃∶正己烷＝1∶3(v/v)沉淀3次，得到淡黄色油状液体0.80克，产率为75％；红外光谱FTIR(THF)：2921，1855，1786，1733，1650，1105，924cm^-1.

(2)该步骤的聚合反应是在氩气保护的反应瓶中进行的：将步骤(1)得到的淡黄色油状液体溶于二甲基甲酰胺中，配成100毫克/毫升的溶液并取2毫升，然后迅速加入含有三乙胺的四氢呋喃溶液(20毫克/毫升)0.024毫升(该体系中，三乙胺与步骤(1)得到的淡黄色油状液体的摩尔份数比为1∶100)，在30℃下反应72小时。将反应完成后的溶液加入到大量乙醚中，离心法得到白色固体，沉淀3次，抽干得到白色固体，即为式(10)所示聚氨基酸。

核磁氢谱¹H NMR(400MHz，CDCl₃/CF₃CO₂D(v∶v＝1∶1))：δ8.33-8.08(br，1H)，5.09-4.60(br，1H)，4.59-4.36(br，2H)，4.15-3.69(br，14H)，3.69-3.41(br，3H)，3.35-2.47(br，5H)，1.48-1.10(br，3H)；凝胶渗透色谱/激光光散射测得数均分子量为20650g/mol，分子量分布为1.70，数均聚合度为54，其¹H NMR谱图如图10所示。

式(8)、式(9)和式(10)所示聚氨基酸的透过率随温度变化的曲线图分别如图11、图12和图13所示，由图可知，其基本规律是光的透过率随温度的增加而降低，并在一个很窄的温度范围内实现透过率从100％到5％左右的突变，从而证明式(8)-(10)所示的聚氨基酸在水溶液中具有明显的温度响应性，及所谓的低温临界溶解温度(LCST)；另外，式(8)～(10)所示聚氨基酸在降温过程中也显示出透过率增加的转变，从而证明其水溶液温度响应性是可逆的。

式(8)、式(9)和式(10)所示聚氨基酸的圆二色谱随温度改变的谱图如图14、图15和图16所示；由图可知，该聚氨基酸在温度升高到临界溶解温度时，聚氨基酸在溶液中出现聚集，圆二色谱的信号出现减弱，但其在水溶液中的主要构象没有随温度的升高发生明显的变化，另外，式(10)所示聚氨基酸的降温的圆二色谱表明升温过程中观察到的温度响应性是可逆的。

Claims

1.式（Ⅰ）所示半胱氨酸衍生物，

式中，R₁为H、取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基，R₂为H或甲基，R₃为式（Ⅱ）所示聚乙二醇单甲醚基、式（Ⅲ）所示叠氮烷基或式（Ⅳ）所示炔烷基，x为1～9之间的自然数，y为1～11之间的自然数，z为1～9之间的自然数。

2.根据权利要求1所述的半胱氨酸衍生物，其特征在于：所述烷氧羰基为叔丁氧羰基；所述芳烷氧羰基为苯甲氧羰基或芴甲氧羰基。

3.权利要求1或2所述半胱氨酸衍生物的制备方法，包括如下方法（a）、（b）、（c）、（d）、（e）或（f）中的步骤：

方法（a）、

（1）聚乙二醇单甲醚与式（Ⅴ）所示丙烯酰氯化合物在碱性化合物a存在的条件下进行反应得到式（Ⅵ-1）所示化合物，式（Ⅴ）和式（Ⅵ-1）中，R₂为H或甲基，式（Ⅵ-1）中，x为1～9之间的自然数；

（2）式（Ⅵ-1）所示化合物与半胱氨酸在弱碱性条件下进行反应即得式（Ⅰ-1）所示半胱氨酸衍生物，式（Ⅰ-1）中，R₂为H或甲基，x为1～9之间的自然数；

方法（b）、

按照所述方法（a）制备式（Ⅰ-1）所示半胱氨酸衍生物；式（Ⅰ-1）所示半胱氨酸衍生物与式（Ⅶ）或式（Ⅷ）所示化合物在碱性化合物b存在的条件下进行反应即得式（Ⅰ-2）所示半胱氨酸衍生物；式中，R₁为取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基，X为卤素原子，x为1～9之间的自然数；

方法（c）、

（1）式（Ⅸ）所述溴代烷基醇和叠氮钠反应得到式（Ⅸ-1）所示叠氮烷基醇，式（Ⅸ）和式（Ⅸ-1）中，y为1～11之间的自然数；

（2）式（Ⅴ）所示丙烯酰氯化合物与式（Ⅸ-1）所述叠氮烷基醇在碱性化合物a存在的条件下进行反应得到式（Ⅵ-2）所示化合物，式（Ⅴ）和式（Ⅵ-2）中，R₂为H或甲基，式（Ⅵ-2）和（Ⅸ-1）中，y为1～11之间的自然数；

（3）式（Ⅵ-2）所示化合物与半胱氨酸在弱碱性条件下进行反应即得式（Ⅰ-3）所示半胱氨酸衍生物，式（Ⅰ-3）中，R₂为H或甲基，y为1～11之间的自然数；

方法（d）、

按照所述方法（c）制备式（Ⅰ-3）所示半胱氨酸衍生物；式（Ⅰ-3）所示半胱氨酸衍生物与式（Ⅶ）或式（Ⅷ）所示化合物在碱性化合物b存在的条件下进行反应即得式（Ⅰ-4）所示半胱氨酸衍生物；式中，R₁为取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基，y为1～11之间的自然数；

方法（e）、

（1）式（Ⅴ）所示丙烯酰氯化合物与式（Ⅹ）所述炔基烷基醇在碱性化合物a存在的条件下进行反应得到式（Ⅵ-3）所示化合物，式（Ⅴ）和式（Ⅵ-3）中，R₂为H或甲基，式（Ⅹ）和式（Ⅵ-3）中，z为1～9之间的自然数；

（2）式（Ⅵ-3）所示化合物与半胱氨酸在弱碱性条件下进行反应即得式（Ⅰ-5）所示半胱氨酸衍生物，式中，R₂为H或甲基，z为1～9之间的自然数；

方法（f）、

按照所述方法（e）制备式（Ⅰ-5）所示半胱氨酸衍生物；式（Ⅰ-5）所示半胱氨酸衍生物与式（Ⅶ）或式（Ⅷ）所示化合物在碱性化合物b存在的条件下进行反应即得式（Ⅰ-6）所示半胱氨酸衍生物；式中，R₁为取代或未取代的烷氧羰基或芳烷氧羰基，X为卤素原子，z为1～9之间的自然数；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

方法（a）中，步骤（1）中，所述聚乙二醇单甲醚与式（Ⅴ）所示丙烯酰氯化合物的摩尔份数比为1：（1-2）；所述聚乙二醇单甲醚与碱性化合物a的摩尔份数比为1：（1-2）；所述反应的温度为0℃～25℃，时间为12～48h；

步骤（2）中，所述半胱氨酸与式（Ⅵ-1）所示化合物的摩尔份数比为1：（1-2）；所述弱碱性条件的pH值为7～8；所述反应的温度为20℃～30℃，时间为8～48h。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：

方法（b）中，式（Ⅰ-1）所示半胱氨酸衍生物与所述碱性化合物b的摩尔份数比为1：（1～5）；式（Ⅰ-1）所示半胱氨酸衍生物与式（Ⅶ）或式（Ⅷ）所示化合物的摩尔份数比为1：（1～1.5）；所述反应的溶剂为水、四氢呋喃、二氧六环或丙酮；所述反应的温度为0℃～30℃，时间为4～24h。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

方法（c）中，步骤（1）中，式（Ⅸ）所示溴代烷基醇与叠氮钠的摩尔份数比为1：（1～10）；所述反应的溶剂为二甲基甲酰胺、丙酮、乙腈、水或二甲基亚砜；所述反应的温度为60℃～120℃；所述反应的时间为12～48h；

步骤（2）中式（Ⅸ-1）所述叠氮烷基醇与式（Ⅴ）所示丙烯酰氯化合物的摩尔份数比为1：（1～2）；式（Ⅸ-1）所述叠氮烷基醇与所述碱性化合物a的摩尔份数比为1：（1～2）；所述反应的温度为0℃～25℃，时间为12～48h；

步骤（3）中，半胱氨酸与式（Ⅵ-2）所示化合物的摩尔份数比为1：（1～2）；所述弱碱性条件的pH值为7～8；所述反应的温度为20℃～30℃，时间为8～48h。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤（2）中式（Ⅸ-1）所述叠氮烷基醇与式（Ⅴ）所示丙烯酰氯化合物的摩尔份数比为1：1.2。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

方法（e）中，步骤（1）中，式（Ⅹ）所述炔基烷基醇与式（Ⅴ）所示丙烯酰氯化合物的摩尔份数比为1：（1～2）；式（Ⅹ）所述炔基烷基醇与所述碱性化合物的摩尔份数比为1：（1～2）；所述反应的温度为0℃～25℃，时间为12～48h；

步骤（2）中，半胱氨酸与式（Ⅵ-3）所示化合物的摩尔份数比为1：（1～2）；所述弱碱性条件的pH值为7～8；所述反应的温度为20℃～30℃，时间为8～48h。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述碱性化合物a为三乙胺、吡啶或N-甲基吗啉；

所述碱性化合物b为碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠或氢氧化钾；

所述弱碱性条件通过碱性物质进行调控，所述碱性物质为三乙胺、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾、吡啶和N-甲基吗啉中至少一种。

10.式（ⅰ）所示非离子型聚半胱氨酸，

式中，R₂为H或甲基，R₃为式（Ⅱ）所示聚乙二醇单甲醚基、式（Ⅲ）所示叠氮烷基或式（Ⅳ）所示炔烷基，x为1～9之间的自然数，y为1～11之间的自然数，z为1～9之间的自然数；

11.式（ⅰ）所示非离子型聚半胱氨酸的制备方法，包括如下步骤

（1）权利要求1或2所述半胱氨酸衍生物与三光气进行反应得到N-羧基-环内酸酐化合物；

（2）所述N-羧基-环内酸酐化合物在引发剂的作用下进行聚合反应即得所述非离子型聚半胱氨酸；

R₂为H或甲基，R₃为式（Ⅱ）所示聚乙二醇单甲醚基、式（Ⅲ）所示叠氮烷基或式（Ⅳ）所示炔烷基，x为1～9之间的自然数，y为1～11之间的自然数，z为1～9之间的自然数。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述半胱氨酸衍生物与三光气的摩尔份数比为1：（0.30～0.50）；所述反应的溶剂为四氢呋喃、乙酸乙酯或二氯甲烷；所述反应的温度为35℃～55℃，时间为4～6h；所述反应在惰性气氛下进行。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述引发剂为伯胺、仲胺、叔胺、1,5-环辛二烯-1,2-二(二乙基膦基)乙烷-镍（零价）络合物或1,5-环辛二烯-二联吡啶-镍（零价）络合物；所述引发剂与所述N-羧基-环内酸酐化合物的摩尔份数比为1：（50～200）；所述聚合反应的温度为20℃～50℃，时间为24～72h；所述聚合反应的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氢呋喃或二氧六环。