CN103834036A

CN103834036A - 一种壳聚糖与聚谷氨酸苄酯接枝共聚物及其制备方法

Info

Publication number: CN103834036A
Application number: CN201410099953.8A
Authority: CN
Inventors: 黄梅芳; 钱国平; 刘宏富; 方薇; 付其林; 谢晶; 巨锁基; 姜旺恒
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2034-03-18
Also published as: CN103834036B

Abstract

本发明公开了一种壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物，其化学结构式如式（I）所示，还提供了该共聚物的制备方法。将壳聚糖和邻苯二甲酸酐反应得到邻苯二甲酰化的壳聚糖，再与溴代乙酰溴反应引入溴端基，溴端基与叠氮钠反应引入叠氮基，然后与带炔端基的聚谷氨酸苄酯反应得到壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物。产物后处理简单。

Description

一种壳聚糖与聚谷氨酸苄酯接枝共聚物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物及其制备方法。

背景技术

在药物控制释放体系中，除药物本身外，药物载体也扮演着重要角色。一般来说，药物载体是由高分子材料来充当的，其中包括天然高分子材料，半合成高分子材料和合成高分子材料。这些高分子材料按照不同的功能可分别应用在不同的控制释放体系中，如凝胶控制释放，微球和微囊控制释放，体内埋置控制释放，透皮控制释放，靶向控制释放等等。将可生物降解材料应用于药物缓释体系是现代药剂科学、生物科学、高分子科学相互渗透而产生的重要边缘学科领域。在这一领域中胶体纳米粒子控释体系的研究以其突出的优点，以及在抗肿瘤药物、基因药物、抗传染药物、生物响应试剂和生物诊断试剂等方面的极大应用前景而受到国际医药界的广泛关注。

壳聚糖具有生物相容和生物降解性，已广泛应用于生物组织工程材料如人造皮肤、透析材料和缓释药物等方面。但是壳聚糖本身由于其难溶解性，必须引入不对称长链，才能实现体系的自组装，得到稳定胶束。因此作为基因载体的研究重点是对壳聚糖进行改性，提高壳聚糖基因递送系统的细胞靶向性，从而提高转染效率。

美国专利US.Pat4619995和3911098公开了，在壳聚糖重复单元上引入含羟基或羧基的基团，制备水溶性壳聚糖。但它们大多在强碱条件下反应，在反应过程中伴随着壳聚糖分子链的断裂，同时这些反应多在异丙醇溶剂中进行，成本相对较高。中国专利98126756.4公开了，在壳聚糖的重复单元上，于20－80℃的温度下在氢氧化钠的低碳醇溶液中与含羟基和羧基的取代基反应，衍生物具有水溶性，并有较高的特性粘度。该专利制备的是水溶性的壳聚糖衍生物，而且引入的是小分子。中国专利200410019960.9公开了，一种油溶性O-壳聚糖衍生物及其制备和应用，以壳聚糖为原材料，合成出的壳聚糖环碳6位-OH上取代的衍生物为O-9-十八烷酸壳聚糖。该产物既可用于肥胖病的治疗又可用于肥胖的预防。具有天然无毒减肥效果，对人体无副作用。但该专利引入的也是小分子。

癌症在当今社会已经成为人类健康的头号杀手之一，其治疗的关键在于靶向性。利用纳米技术结合受体－配体介导的肿瘤主动靶向技术，以天然无毒可降解的生物材料为载体材料用于包载抗癌药物，是一种治疗癌症的有效途径。靶向修饰的载体材料有望成为集药物缓控释、靶向定位蓄积于肿瘤组织于一体的功能性纳米载体系统。

利用纳米技术制成的壳聚糖衍生物纳米粒，能够包载一定剂量的药物，通过被动靶向和主动靶向两种靶向技术，使药物载体聚集于病灶部位，达到被包载药物的定位释放效果，有效提高抗癌药物在靶区的蓄积量，通过载体的缓控释作用延长药物作用时间，减少给药次数；提高对肿瘤细胞的杀伤力，降低对正常组织细胞的毒副作用。因此，研究并开发利用壳聚糖与聚多肽的新型接枝共聚物，有着巨大的应用潜力和现实意义。

发明内容

本发明旨在提供一种壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物化学结构式如式（I）所示：

其中n为1000－3000。

上述壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物的制备方法，包括如下步骤：

（1）将壳聚糖和邻苯二甲酸酐加入干燥的N,N－二甲基甲酰胺中，在120—130℃，氮气气氛下搅拌反应5—6小时，然后经冰水沉淀、抽滤、乙醇抽提纯化后再于30—60℃，优选40℃下真空干燥，得邻苯二甲酰化壳聚糖；其中，所用各物质重量份如下：壳聚糖1—5份，邻苯二甲酸酐3—15份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份；所述壳聚糖的分子量为5×10³—8×10⁵；

（2）将邻苯二甲酰化壳聚糖和三乙胺加入干燥的N,N－二甲基甲酰胺中，在冰水浴条件下滴加溴代乙酰溴。在室温下反应12—36h，优选24h，生成褐色难溶粘性固体，将褐色难溶粘性固体倒入水中，过滤，经甲醇纯化并再次过滤后真空干燥，得带溴端基的邻苯二甲酰化壳聚糖；其中所用个物质重量份如下：邻苯二甲酰化壳聚糖1—5份，三乙胺0.3—2份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份，溴代乙酰溴1－5份；

（3）将带溴端基的邻苯二甲酰化壳聚糖和叠氮钠加入干燥的N,N－二甲基甲酰胺中，在30—60℃，优选40℃油浴中反应1—3天，优选2天，然后将反应产物倒入去离子水中，过滤，在用甲醇洗涤后真空干燥，得带叠氮基的邻苯二甲酰化壳聚糖；其中，所用各物质重量份如下：带溴端基的邻苯二甲酰化壳聚糖1—5份，叠氮钠0.2—2份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份；

（4）将带叠氮基的邻苯二甲酰化壳聚糖、带炔端基的聚谷氨酸苄酯、PMDETA以及干燥的N,N－二甲基甲酰胺置于聚合管中，经一次抽气通气循环后，加入溴化亚铜，再于液氮中冷冻、抽真空、解冻循环后封管，将聚合管置于60—100℃，优选80℃油浴中反应12—36h，优选24h后用无水甲醇沉淀，得壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物粗品，将壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物粗品用丙酮甲醇混合溶剂进行抽提，得壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物；其中，所用各物质重量份如下：带叠氮基的邻苯二甲酰化壳聚糖1—5份，带炔端基的聚谷氨酸苄酯6—30份，PMDETA0.4—3份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份，溴化亚铜0.7—4份。

制备方法的反应方程式如下：

本发明是壳聚糖衍生物，由于在氨基上引入了邻苯二甲酸酐，得到邻苯二甲酰化壳聚糖（phthaloylchitosan，简称PHCS），是一种重要的壳聚糖衍生物。它在N,N－二甲基甲酰胺、二甲亚砜、吡啶等强极性有机溶剂中具有良好的溶解性。是一种重要的中间体可进行多种壳聚糖的选择性衍生化反应。然后在羟基上引入叠氮基，破坏了壳聚糖的氢键，使衍生物能完全溶于N,N－二甲基甲酰胺等有机溶剂中，可与带炔端基的大单体反应，得到多种接枝共聚物，产物后处理简单。

在壳聚糖羟基位置引入多肽及其制备方法都还未见报道，本发明将壳聚糖与聚谷氨酸苄酯结合，构筑一种新型具有尺寸可控的支链结构。作为一种优良的高分子材料，可广泛应用于微球、微囊、人工细胞、靶向制剂等药物体系，可广泛应用于生命科学和医用材料领域。

附图说明

图1为壳聚糖和邻苯二甲酰化壳聚糖的红外谱图，其中，曲线a为壳聚糖的红外谱图，曲线b为邻苯二甲酰化壳聚糖的红外谱图；

图2为邻苯二酰化壳聚糖的¹H NMR谱图。

图3为带炔端基的聚谷氨酸苄酯的¹H NMR谱图（PBLG in CDCl₃+15%TFA）；图中，分子式中a、b、c、d、e、f、g处的氢在核磁谱图的对应位置分别是a、b、c、d、e、f、g。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明采用的壳聚糖是使用的壳聚糖的分子量为7.57×10⁵，购于浙江玉环海洋生物有限公司。

实施例1

(1)将5g壳聚糖加入250gN,N-二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，再加入13.8g邻苯二甲酸酐，在125℃左右反应15小时，冰水沉淀，乙醇抽提纯化，真空干燥得到8g邻苯二甲酰化壳聚糖。图1中的曲线a为壳聚糖的红外谱图，图1中的曲线b为邻苯二甲酰化壳聚糖的红外谱图。对比分析可以看出，邻苯二甲酰化壳聚糖的红外谱图中壳聚糖上氨基经邻苯二甲酰化反应形成的酰胺的C＝O振动在1712cm^-1出现了强的吸收峰，而且由于酰亚胺结构的形成，相邻两个羰基相互作用使其分裂成两个峰，其中一个出现在更高频约1777cm^-1附近。图2是邻苯二酰化壳聚糖的¹H-NMR谱图，7.0-8.0ppm是邻苯二甲酰基上的氢，壳聚糖骨架氢是1.8-5.0ppm，溶剂DMSO是2.5ppm，H₂O是3.4ppm。

(2)将5g邻苯二甲酰化壳聚糖加入250gN,N－二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，加入1.35mg三乙胺，然后在冰水浴中滴加4.2g溴乙酰溴，在室温反应24小时，冰水沉淀，乙醇抽提纯化，真空干燥得到带溴端基的邻苯二酰化壳聚糖。

(3)将5g的带溴端基的邻苯二甲酰化壳聚糖和1.4g叠氮钠加入250g干燥的N,N－二甲基甲酰胺中，在40℃油浴中反应两天。反应完成后，直接将反应物倒入去离子水中，过滤，甲醇洗涤3次，真空烘箱干燥得产物。

（4）将0.05g带叠氮基的邻苯二甲酰化壳聚糖、0.3g带炔端基的聚谷氨酸苄酯、0.023g PMDETA以及2.5g干燥的N,N－二甲基甲酰胺溶剂，置于聚合管中。经过一次抽气通气循环后，迅速加入0.04g CuBr，再在液氮中进行三次冷冻、抽真空、解冻循环后封管，确保样品在真空条件下密封。置于80℃油浴中反应一天。无水甲醇沉淀得到粗产品。粗品用丙酮甲醇混合溶剂进行抽提，得到产物。

Claims

1.一种壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物，其特征在于，所述共聚物化学结构式如式（I）所示：

其中n为1000－3000。

2.如权利要求1所述的共聚物的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（1）将壳聚糖和邻苯二甲酸酐加入干燥的N,N－二甲基甲酰胺中，在120－130℃，氮气气氛下搅拌反应5—6小时，然后经冰水沉淀、抽滤、乙醇抽提纯化后再于30—60℃下真空干燥，得邻苯二甲酰化壳聚糖；其中，所用各物质重量份如下：壳聚糖1—5份，邻苯二甲酸酐3—15份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份；所述壳聚糖的分子量为5×10³—8×10⁵；

（2）将邻苯二甲酰化壳聚糖和三乙胺加入干燥的N,N－二甲基甲酰胺中，在冰水浴条件下滴加溴代乙酰溴。在室温下反应12—36h，生成褐色难溶粘性固体，将褐色难溶粘性固体倒入水中，过滤，经甲醇纯化并再次过滤后真空干燥，得带溴端基的邻苯二甲酰化壳聚糖；其中所用个物质重量份如下：邻苯二甲酰化壳聚糖1—5份，三乙胺0.3—2份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份，溴代乙酰溴1—5份；

（3）将带溴端基的邻苯二甲酰化壳聚糖和叠氮钠加入干燥的N,N－二甲基甲酰胺中，在30—60℃油浴中反应1—3天，然后将反应产物倒入去离子水中，过滤，在用甲醇洗涤后真空干燥，得带叠氮基的邻苯二甲酰化壳聚糖；其中，所用各物质重量份如下：带溴端基的邻苯二甲酰化壳聚糖1－5份，叠氮钠0.2—2份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份；

（4）将带叠氮基的邻苯二甲酰化壳聚糖、带炔端基的聚谷氨酸苄酯、PMDETA以及干燥的N,N－二甲基甲酰胺置于聚合管中，经一次抽气通气循环后，加入溴化亚铜，再于液氮中冷冻、抽真空、解冻循环后封管，将聚合管置于60—100℃油浴中反应12—36h天后用无水甲醇沉淀，得壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物粗品，将壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物粗品用丙酮甲醇混合溶剂进行抽提，得壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物；其中，所用各物质重量份如下：带叠氮基的邻苯二甲酰化壳聚糖1—5份，带炔端基的聚谷氨酸苄酯6—30份，PMDETA0.4—3份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份，溴化亚铜0.7—4份。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（1）是将壳聚糖和邻苯二甲酸酐加入干燥的N,N－二甲基甲酰胺中，在120—130℃，氮气气氛下搅拌反应5—6小时，然后经冰水沉淀、抽滤、乙醇抽提纯化后再于40℃下真空干燥，得邻苯二甲酰化壳聚糖；其中，所用各物质重量份如下：壳聚糖1—5份，邻苯二甲酸酐3—15份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份；所述壳聚糖的分子量为5×10³—8×10⁵。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（2）是将邻苯二甲酰化壳聚糖和三乙胺加入干燥的N,N－二甲基甲酰胺中，在冰水浴条件下滴加溴代乙酰溴。在室温下反应24h，生成褐色难溶粘性固体，将褐色难溶粘性固体倒入水中，过滤，经甲醇纯化并再次过滤后真空干燥，得带溴端基的邻苯二甲酰化壳聚糖；其中所用个物质重量份如下：邻苯二甲酰化壳聚糖1—5份，三乙胺0.3—2份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份，溴代乙酰溴1－5份。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（3）是将带溴端基的邻苯二甲酰化壳聚糖和叠氮钠加入干燥的N,N－二甲基甲酰胺中，在40℃油浴中反应2天，然后将反应产物倒入去离子水中，过滤，在用甲醇洗涤后真空干燥，得带叠氮基的邻苯二甲酰化壳聚糖；其中，所用各物质重量份如下：带溴端基的邻苯二甲酰化壳聚糖1—5份，叠氮钠0.2—2份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（4）是将带叠氮基的邻苯二甲酰化壳聚糖、带炔端基的聚谷氨酸苄酯、PMDETA以及干燥的N,N－二甲基甲酰胺置于聚合管中，经一次抽气通气循环后，加入溴化亚铜，再于液氮中冷冻、抽真空、解冻循环后封管，将聚合管置于80℃油浴中反应24h后用无水甲醇沉淀，得壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物粗品，将壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物粗品用丙酮甲醇混合溶剂进行抽提，得壳聚糖与聚谷氨酸苄酯的接枝共聚物；其中，所用各物质重量份如下：带叠氮基的邻苯二甲酰化壳聚糖1—5份，带炔端基的聚谷氨酸苄酯6—30份，PMDETA0.4—3份，N,N－二甲基甲酰胺50—250份，溴化亚铜0.7—4份。