CN103420950A

CN103420950A - 一种氨基酸基生物可降解二环氧类化合物及其制备方法

Info

Publication number: CN103420950A
Application number: CN2013103757428A
Authority: CN
Inventors: 韩锦东; 唐晓峰; 董建廷
Original assignee: SHANGHAI LANGYI FUNCTIONAL MATERIALS CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI LANGYI FUNCTIONAL MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: CN103420950B

Abstract

本发明涉及一种氨基酸基生物可降解二环氧类化合物及其制备方法，包括以下步骤：将氨基酸单体和二碳酸二叔丁酯混合反应得到叔丁氧羰基保护氨基的氨基酸单体，然后将叔丁氧羰基保护氨基的氨基酸单体和肉桂醇溶解于二氯甲烷中，加入一定量催化剂，通过缩合反应并逐步脱除叔丁氧羰基保护基团，再与对苯二甲酸反应，最后与过氧化氢在催化剂作用下生成产物，即为一种新型的氨基酸基生物可降解二环氧类化合物。本发明所涉及的新型二环氧类化合物制备方法简单，具有良好的生物可降解性，并且所得环氧化合物储存稳定性较好，是一种极具应用前景的高分子环氧类扩链剂。

Description

一种氨基酸基生物可降解二环氧类化合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种二环氧类化合物及其制备方法，特别是涉及一种氨基酸基生物可降解二环氧类化合物。

技术背景

二环氧类化合物作为一种羟基、羧基加成型扩链剂，其在与末端羧基反应时不会产生其他副产物，反应的产物可在聚合物的侧链中引入羟基，在一定程度上能够提高聚合物的亲水性，并且二环氧类化合物具有较高的反应活性，因此受到许多研究者的青睐。但目前大多二环氧类化合物降解性能和生物相容性较差，储存稳定性不高。

专利申请号为201110107121.2的中国发明提供了一种具有优良耐热性和阻燃性的双环氧化合物；专利申请号为200980145591.9的中国发明专利提供了一类酯环族二环氧化物及其制备方法；专利申请号为201080038601.1的中国发明专利提供了一种具有良好导热性能的二环氧化合物。虽然以上专利所提供的二环氧化合物在许多方面具有一定优点，但在生物相容性和降解性方面则比较欠缺。

本发明所提供的二环氧化合物以肉桂醇为基体，并引入天然氨基酸，表现出良好的生物相容性和降解性能，并且环氧基团位于分子链内部，具有较高的储存稳定性，有望成为生物降解塑料等领域极具应用潜力的一种链增长剂。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种氨基酸基生物可降解二环氧类化合物。

本发明的目的之二在于提供一种以肉桂醇、天然氨基酸和对苯二甲酸为原料通过缩合反应及过氧化物氧化双键制备二环氧化合物的方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

1)将带有磁子的圆底烧瓶置于冰浴中，依次加入氨基酸单体(g)和去离子水(mL)，再加入1mol／L的碳酸氢钠(mL)水溶液，其中氨基酸单体(g)：去离子水(mL)：碳酸氢钠水溶液(mL)=1～2：20：20；称取二碳酸二叔丁酯(g)，用四氢呋喃(mL)溶解后，在搅拌状态下缓慢加入圆底烧瓶，混合液在室温条件下反应24小时，其中氨基酸单体(g)：二碳酸二叔丁酯(g)：四氢呋喃(mL)=1：4：10。反应完毕后，用乙醚反复萃取，所得上清液用大量无水硫酸钠干燥，然后用G4砂芯漏斗过滤，滤液经干燥得到产物E。

2)将步骤1)中所得产物E和肉桂醇以等当量溶解于二氯甲烷中，依次加入碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶，其中碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1：5～1：3，反应完毕后经多次水洗、干燥等过程，即产物D。

3)将步骤2)中所得产物D(g)溶解于二氯甲烷(mL)，在冰浴下加入三氟乙酸(mL)，搅拌反应2小时，其中产物D(g)：二氯甲烷(mL)：三氟乙酸(mL)=1：15：3.75。反应完毕后，加入饱和碳酸氢钠水溶液，调节pH至中性(pH=7)，所得下层液经无水硫酸钠干燥、过滤得到产物A。

4)将步骤3)中所得产物A和对苯二甲酸溶解于二甲基亚砜溶液中，其中产物A和对苯二甲酸的摩尔比为2：1，然后加入碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺，其中产物A、碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1：5：2，室温下反应24小时，经去离子水透析、冷冻、干燥得到产物B。

5)将步骤4)中所得产物B溶解于二氯甲烷，其中产物B(mol)：二氯甲烷(mL)=1：1000，加入1wt～5wt％钨系催化剂和0.4M碳酸氢钠水溶液，其中产物B(mol)：碳酸氢钠水溶液(mL)=1：400，然后在搅拌状态下缓慢加入30wt％过氧化氢，其中产物B和过氧化氢的摩尔比=1：2，将上述反应液在室温条件下反应3小时，取下层有机相溶液，依次氢氧化钠水溶液和去离子水洗涤，再用过量无水硫酸钠除水后经过滤、干燥得到产物C。

其中基团R₁代表以下基团：

上述制备过程中所选用的氨基酸优选甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸或苯丙氨酸。

上述制备过程中所选用的碳二亚胺优选1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐或N,N-二环己基碳二亚胺。

上述步骤2)和步骤4)中所选用的二氯甲烷在使用前必须进行严格的除水操作。

本发明的有益效果：

1)方便调整二环氧化物的化学结构，进而适应不同的实际应用领域。

2)制备方法简单高效，所得的二环氧化物不仅具备良好的生物降解和生物相容性，同时具有较高的储存稳定性，是一种极具应用的前景的环氧类扩链剂。

附图说明

图1为实施例一中步骤(3)所得产物B1在氘代氯仿中的核磁共振图谱，各峰归属如图中所示。

图2为实施例一中步骤(4)所得产物C1在氘代三氟乙酸中的核磁共振图谱，各峰归属如图中所示。

图3为实施例一中步骤(5)所得产物D1在氘代三氟乙酸中的核磁共振图谱，各峰归属如图中所示。

具体实施例

为进一步理解本发明，下面结合是实施例对本发明所提供的生物可降解聚氨基酸基二环氧类化合物及其制备方法进行说明，本发明的保护范围不受实施例的限制。

实施例一：

1.取带有磁子的圆底烧瓶置于冰浴中，依次加入1.5g甘氨酸和30mL去离子水，然后加入30mL1mol／L的碳酸氢钠水溶液；称取7.28g二碳酸二叔丁酯，用35mL四氢呋喃溶解后，在搅拌状态下缓慢加入圆底烧瓶，混合液在室温条件下反应24小时。反应完毕后，用乙醚反复萃取，所得上清液用大量无水硫酸钠干燥，然后用G4砂芯漏斗过滤，滤液经干燥即得产物叔丁氧羰基保护氨基的甘氨酸。

2.将1.75g叔丁氧羰基保护氨基的甘氨酸和1.34g肉桂醇溶解于二氯甲烷中，再依次加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1.22g4-二甲氨基吡啶，反应完毕后经多次水洗、干燥等过程，即产物A1。

3.取2.91g产物A溶解于45mL的二氯甲烷中，在冰浴下加入11mL三氟乙酸，搅拌反应2小时。反应完毕后，加入一定量的饱和碳酸氢钠水溶液调节pH至中性(pH=7)，所得下层油相溶液经无水硫酸钠干燥、过滤过程即得产物B1。

4.将1.91g产物B1和0.83g对苯二甲酸溶解于二甲基亚砜溶液中，然后加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和2.30g N-羟基琥珀酰亚胺，室温下反应24小时，经去离子水透析、冷冻、干燥过程得C1。

5.将5.12g产物C1溶解于100mL二氯甲烷中，加入0.2g钨系催化剂，然后加入40mL0.4M碳酸氢钠水溶液，在搅拌状态下缓慢加入2.3mL的30wt.％过氧化氢，将上述反应液在室温条件下反应3小时，取下层有机相溶液，依次用氢氧化钠水溶液和去离子水洗涤，再用过量无水硫酸钠除水后经过滤、干燥等步骤即得产物D1。

实施例二：

1.取带有磁子的圆底烧瓶置于冰浴中，依次加入1.78g丙氨酸和30mL去离子水，然后加入30mL1mol／L的碳酸氢钠水溶液；称取7.28g二碳酸二叔丁酯，用35mL四氢呋喃溶解后，在搅拌状态下缓慢加入圆底烧瓶，混合液在室温条件下反应24小时。反应完毕后，用乙醚反复萃取，所得上清液用大量无水硫酸钠干燥，然后用G4砂芯漏斗过滤，滤液经干燥即得产物叔丁氧羰基保护氨基的丙氨酸。

2.将1.89g叔丁氧羰基保护氨基的丙氨酸和1.34g肉桂醇溶解于二氯甲烷中，再依次加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1.22g4-二甲氨基吡啶，反应完毕后经多次水洗、干燥过程，即产物A2。

3.取3.05g产物A2溶解于45mL的二氯甲烷中，在冰浴下加入11mL三氟乙酸，搅拌反应2小时。反应完毕后，加入一定量的饱和碳酸氢钠水溶液调节pH至中性(pH=7)，所得下层油相溶液经无水硫酸钠干燥、过滤过程即得产物B2。

4.将2.05g产物B2和0.83g对苯二甲酸溶解于二甲基亚砜溶液中然后加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和2.30g N-羟基琥珀酰亚胺，室温下反应24小时，经去离子水透析、冷冻、干燥过程得C2。

5.将5.40g产物C2溶解于100mL二氯甲烷中，加入0.2g钨系催化剂，然后加入40mL0.4M碳酸氢钠水溶液。然后在搅拌状态下缓慢加入2.3mL的30wt.％过氧化氢，将上述反应液在室温条件下反应3小时，取下层有机相溶液，依次用一定量氢氧化钠水溶液和去离子水洗涤，再用过量无水硫酸钠除水后经过滤、干燥步骤即得产物D2。

实施例三：

1.取带有磁子的圆底烧瓶置于冰浴中，依次加入2.34g缬氨酸和30mL去离子水，然后加入30mL1mol／L的碳酸氢钠水溶液；称取7.28g二碳酸二叔丁酯，用35mL四氢呋喃溶解后，在搅拌状态下缓慢加入圆底烧瓶，混合液在室温条件下反应24小时。反应完毕后，用乙醚反复萃取，所得上清液用大量无水硫酸钠干燥，然后用G4砂芯漏斗过滤，滤液经干燥即得产物叔丁氧羰基保护氨基的缬氨酸。

2.将2.17g叔丁氧羰基保护氨基的缬氨酸和1.34g肉桂醇溶解于二氯甲烷中，再依次加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1.22g4-二甲氨基吡啶，反应完毕后经多次水洗、干燥过程，即产物A3。

3.取3.33g产物A3溶解于45mL的二氯甲烷中，在冰浴下加入11mL三氟乙酸，搅拌反应2小时。反应完毕后，加入一定量的饱和碳酸氢钠水溶液调节pH至中性(pH=7)，所得下层油相溶液经无水硫酸钠干燥、过滤过程即得产物B3。

4.将2.33g产物B3和0.83g对苯二甲酸溶解于二甲基亚砜溶液中然后加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和2.30g N-羟基琥珀酰亚胺，室温下反应24小时，经去离子水透析、冷冻、干燥得C3。

5.将5.96g产物C3溶解于100mL二氯甲烷中，加入0.2g钨系催化剂，然后加入40mL0.4M碳酸氢钠水溶液。然后在搅拌状态下缓慢加入2.3mL的30wt.％过氧化氢，将上述反应液在室温条件下反应3小时，取下层有机相溶液，依次用一定量氢氧化钠水溶液和去离子水洗涤，再用过量无水硫酸钠除水后经过滤、干燥即得产物D3。

实施例四：

1.取带有磁子的圆底烧瓶置于冰浴中，依次加入2.62g亮氨酸和30mL去离子水，然后加入30mL1mol／L的碳酸氢钠水溶液；称取7.28g二碳酸二叔丁酯，用35mL四氢呋喃溶解后，在搅拌状态下缓慢加入圆底烧瓶，混合液在室温条件下反应24小时。反应完毕后，用乙醚反复萃取，所得上清液用大量无水硫酸钠干燥，然后用G4砂芯漏斗过滤，滤液经干燥即得产物叔丁氧羰基保护氨基的亮氨酸。

2.将2.31g叔丁氧羰基保护氨基的亮氨酸和1.34g肉桂醇溶解于二氯甲烷中，再依次加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1.22g4-二甲氨基吡啶，反应完毕后经多次水洗、干燥过程，即产物A4。

3.取3.47g产物A4溶解于45mL的二氯甲烷中，在冰浴下加入11mL三氟乙酸，搅拌反应2小时。反应完毕后，加入一定量的饱和碳酸氢钠水溶液调节pH至中性(pH=7)，所得下层油相溶液经无水硫酸钠干燥、过滤过程即得产物B4。

4.将2.47g产物B4和0.83g对苯二甲酸溶解于二甲基亚砜溶液中然后加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和2.30g N-羟基琥珀酰亚胺，室温下反应24小时，经去离子水透析、冷冻、干燥得C4。

5.将6.24g产物C4溶解于100mL二氯甲烷中，加入0.2g钨系催化剂，然后加入40mL0.4M碳酸氢钠水溶液。然后在搅拌状态下缓慢加入2.3mL的30wt.％过氧化氢，将上述反应液在室温条件下反应3小时，取下层有机相溶液，依次用一定量氢氧化钠水溶液和去离子水洗涤，再用过量无水硫酸钠除水后经过滤、干燥即得产物D4。

实施例五：

1.取带有磁子的圆底烧瓶置于冰浴中，依次加入2.62g异亮氨酸和30mL去离子水，然后加入30mL1mol／L的碳酸氢钠水溶液；称取7.28g二碳酸二叔丁酯，用35mL四氢呋喃溶解后，在搅拌状态下缓慢加入圆底烧瓶，混合液在室温条件下反应24小时。反应完毕后，用乙醚反复萃取，所得上清液用大量无水硫酸钠干燥，然后用G4砂芯漏斗过滤，滤液经干燥即得产物叔丁氧羰基保护氨基的异亮氨酸。

2.将2.31g叔丁氧羰基保护氨基的异亮氨酸和1.34g肉桂醇溶解于二氯甲烷中，再依次加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和1.22g4-二甲氨基吡啶，反应完毕后经多次水洗、干燥，得到产物A5。

3.取3.47g产物A5溶解于45mL的二氯甲烷中，在冰浴下加入11mL三氟乙酸，搅拌反应2小时。反应完毕后，加入一定量的饱和碳酸氢钠水溶液调节pH至中性(pH=7)，所得下层油相溶液经无水硫酸钠干燥、过滤即得产物B5。

4.将2.47g产物B5和0.83g对苯二甲酸溶解于二甲基亚砜溶液中然后加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和2.30g N-羟基琥珀酰亚胺，室温下反应24小时，经去离子水透析、冷冻、干燥得到产物C5。

5.将6.24g产物C5溶解于100mL二氯甲烷中，加入0.2g钨系催化剂，然后加入40mL0.4M碳酸氢钠水溶液。然后在搅拌状态下缓慢加入2.3mL的30wt.％过氧化氢，将上述反应液在室温条件下反应3小时，取下层有机相溶液，依次用一定量氢氧化钠水溶液和去离子水洗涤，再用过量无水硫酸钠除水后经过滤、干燥即得产物D5。

实施例六：

1.取带有磁子的圆底烧瓶置于冰浴中，依次加入3.30g苯丙氨酸和30mL去离子水，然后加入30mL1mol／L的碳酸氢钠水溶液；称取7.28g二碳酸二叔丁酯，用35mL四氢呋喃溶解后，在搅拌状态下缓慢加入圆底烧瓶，混合液在室温条件下反应24小时。反应完毕后，用乙醚反复萃取，所得上清液用大量无水硫酸钠干燥，然后用G4砂芯漏斗过滤，滤液经干燥即得产物叔丁氧羰基保护氨基的苯丙氨酸。

2.将2.31g叔丁氧羰基保护氨基的苯丙氨酸和1.34g肉桂醇溶解于二氯甲烷中，再依次加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和2.30gN-羟基琥珀酰亚胺，反应完毕后经多次水洗、干燥，即产物A6。

3.取3.47g产物A6溶解于45mL的二氯甲烷中，在冰浴下加入11mL三氟乙酸，搅拌反应2小时。反应完毕后，加入一定量的饱和碳酸氢钠水溶液调节pH至中性(pH=7)，所得下层油相溶液经无水硫酸钠干燥、过滤即得产物B6。

4.将2.47g产物B6和0.83g对苯二甲酸溶解于二甲基亚砜溶液中然后加入9.55g的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和2.30g N-羟基琥珀酰亚胺，室温下反应24小时，经去离子水透析、冷冻、干燥得产物C6。

5.将6.24g产物C6溶解于100mL二氯甲烷中，加入0.2g钨系催化剂，然后加入40mL0.4M碳酸氢钠水溶液。然后在搅拌状态下缓慢加入2.3mL的30wt.％过氧化氢，将上述反应液在室温条件下反应3小时，取下层有机相溶液，依次用一定量氢氧化钠水溶液和去离子水洗涤，再用过量无水硫酸钠除水后经过滤、干燥即得产物D6。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种氨基酸基生物可降解二环氧类化合物，其特征在于：所述氨基酸基生物可降解二环氧类化合物具有以下结构式：

2.根据权利要求1所述的氨基酸基生物可降解二环氧类化合物，其特征在于：式中R₁为

3.一种制造如权利要求1或2所述的氨基酸基生物可降解二环氧类化合物的方法，包括以下步骤：

1)将氨基酸单体与二碳酸二叔丁酯混合反应，反应完毕后经萃取、干燥，得到叔丁氧羰基保护氨基的氨基酸单体；

2)将步骤1)中所述的叔丁氧羰基保护氨基的氨基酸单体和肉桂醇溶解于二氯甲烷中，依次加入碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶进行反应，反应温度0～30℃，反应时间24～72h，反应完毕后经水洗、干燥，得到产物D，将产物D溶解于二氯甲烷，加入三氟乙酸，在冰浴条件下反应，反应温度0～10℃，反应时间2～4h，得到产物A；

3)将步骤2)中所得产物A和对苯二甲酸溶解于二甲基亚砜中，加入碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺进行反应，反应温度20～30℃，反应时间24～72h，得到产物B，将产物B溶解于二氯甲烷中，加入过氧化氢和催化剂进行反应，反应温度0～30℃，反应时间24～48h，得到产物C，产物C即为权利要求1所述的氨基酸基生物可降解二环氧类化合物。

4.根据权利要求3所述的制备氨基酸基生物可降解二环氧类化合物的方法，其特征在于：所述氨基酸单体为甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸或苯丙氨酸。

5.根据权利要求3所述的制备氨基酸基生物可降解二环氧类化合物的方法，其特征在于：所述碳二亚胺为1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐或N,N-二环己基碳二亚胺。

6.根据利要求3所述的制备氨基酸基生物可降解二环氧类化合物的方法，其特征在于：所述二氯甲烷在使用前进行除水处理。

7.根据利要求3所述的制备氨基酸基生物可降解二环氧类化合物的方法，其特征在于：合成产物D所述的催化剂为钨系催化剂，具体机构为：

(R₄N)₃{PO₄[W(OXO₂)₂]₄}

其中R为碳原子个数1-24的烃链。