CN105199101B

CN105199101B - 一种二肽聚乙烯亚胺聚合物及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN105199101B
Application number: CN201510697730.6A
Authority: CN
Inventors: 卿光焱; 孙涛垒; 吕子玉
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2015-10-21
Publication date: 2017-10-27
Anticipated expiration: 2035-10-21
Also published as: CN105199101A

Abstract

本发明涉及一种二肽聚乙烯亚胺聚合物及其制备方法与应用。所述二肽聚乙烯亚胺聚合物是通过取代反应，将氯乙酰氯化的二肽接枝到聚合度为5至200000的聚乙烯亚胺的侧链上获得。将该二肽聚乙烯亚胺聚合物接枝到多孔基质得到糖分离聚合物材料，该糖分离聚合物材料作为色谱固定相在单糖手性分离、单糖化学分离、二糖化学分离、寡聚多糖化学分离或亲水性物质分离中的应用。该材料结构和合成路线简单，可重复性好，易于大批量生产。在糖分离领域，该材料展现出了显著的优势，特别是能够对单糖对映异构体、单糖或二糖进行高选择性的区分和分离，弥补了传统材料的不足，具有很高的开发价值。

Description

一种二肽聚乙烯亚胺聚合物及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于材料化学和分析化学领域，具体涉及一种二肽聚乙烯亚胺聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

D-核糖是人体遗传因子DNA或RNA的构筑单元，其功能已被人们广泛认识。L-核糖是近年来兴起的一种新型的单糖，是重要的医药中间体。L-核糖具有非常明显的抗病毒活性，同时其毒性又比D-核糖苷低。因此，L-核糖及其衍生物(例如L-脱氧核糖)与腺嘌呤等形成的衍生物，对这个肿瘤、肝病等疾病的治疗具有特殊的意义，并且L-核糖能被设计成高效的抗过敏药物分子。L-核糖的抗肿瘤病毒能力优异，且对正常细胞的毒副作用很小。L-核糖可以人为地替代D-核糖在细胞内部自身合成L-型核糖核酸，使得生物体遗传信息的转录发生错误，从而起到抗病毒和抗肿瘤的作用，减少对正常细胞的毒性。L-核糖也是重要的药物合成中间体。由于L-核糖作为抗艾滋病、抗病毒药物的中间体方面展现了强大的潜力，因此L-核糖产品对治疗人体重大疾病、保障人们的身体健康具有重要作用。

L-核糖的制备技术是国际上功能糖领域的尖端技术，曾有人采用化学合成，微生物转化与差相异构加色谱分离技术制造，但由于工艺流程长，收率极低，致使成本极高，目前市场上L-核糖的价格高达每公斤8000元，严重阻碍了将L-核糖作为原料的医学研究与治疗。这一瓶颈问题本质上是单糖的分离，特别是对核糖对映异构体的手性分离难题。通过开发高效的手性色谱柱，有可能从根本上解决核糖分离的难题，实现L-核糖或其他稀有单糖物种的大规模合成和纯化。

二糖的分离和纯化也具有广阔的经济价值。例如海藻糖是由两分子的葡萄糖通过alpha-1,1-糖苷键结合的非还原性双糖，是一种安全的天然糖类，无毒无害，对人体无副作用，具有优质甜味，非着色性、耐酸、耐热、低吸潮性等特性，同时它还具有独特的生物学特性，当生物细胞处于饥饿、干燥、高温、高渗透压等恶劣环境时，胞内海藻糖含量会迅速上升，对多种大分子具有保护作用，从而维持生命体的生命特征。海藻糖在食品、医药、化妆品等领域都具有极为广泛的用途。目前国际市场对海藻糖需求很大，年需求达到10万吨以上。所有的生产过程都涉及到将海藻糖与其他亲水性的杂质进行分离和纯化，同时二糖还存在多种异构体形式，如果能进行异构体的区分，将能够极大地提升产品的纯度和品质，还可能发现其他有显著经济价值的副产品。

寡糖链的分离和纯化是寡糖结构分析的关键环节。寡糖自身在组成、连接、衍生化、微观不均一性等方面的高度复杂性及其在检测上的困难，使得寡糖混合物的分离成为困扰化学家的一个难题。因此选择合适的方法对收集到的混合糖链一种二肽聚乙烯亚胺聚合物及其制备方法与应用目前市场上的商品化色谱柱产品，只有亲水色谱柱对寡聚多糖具有一定的保留分离能力，但是对单糖、二糖和低聚糖的分离性能都很差。极少数的磺化的离子交换柱据称能够分离单糖，但是其需要采用70℃以上的高温，而且分离效果只在实验室阶段具有显著性，无法应用于实际的工业生产。而手性糖的区分和分离更是一个未被开发的处女地。综合这些因素，开发一种新型的面向糖分离的色谱固定相材料，不仅能够推动进一步深入的基础研究，而且能够应用于糖化学和药物中间体制备等实际工业生产中，展现出了优良的经济价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种二肽聚乙烯亚胺聚合物及其制备方法与应用，能够高效快速的进行单糖手性分离、单糖化学分离、二糖化学分离、寡聚多糖化学分离或亲水性物质分离。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案为：

一种二肽聚乙烯亚胺聚合物，所述二肽聚乙烯亚胺聚合物为

其中，n为聚合度，其范围为5至200000。

二肽聚乙烯亚胺聚合物的制备方法，所述二肽聚乙烯亚胺聚合物是通过取代反应，将氯乙酰氯化的二肽接枝到聚合度为5至200000的聚乙烯亚胺的侧链上，获得所述二肽聚乙烯亚胺聚合物，其中，所述二肽为所述氯乙酰化的二肽为

上述方案中，所述的二肽聚乙烯亚胺聚合物的制备方法包括如下步骤：

1)将所述二肽和三乙胺溶解在无水氯仿溶液之中，搅拌条件下，将氯乙酰氯逐滴滴加到上述溶液中，滴加结束后，室温下反应10-14小时，得到氯乙酰化的二肽1；

2)室温条件下，将聚乙烯亚胺，碘化钠和碳酸钾溶解到无水N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌条件下，将溶有1的N,N-二甲基甲酰胺溶液滴加逐滴滴加到上述溶液之中，避光氮气保护条件下反应22-26小时，经过提纯即可得到二肽聚乙烯亚胺聚合物PEI-g-D-DF；

一种糖分离聚合物材料，将所述的二肽聚乙烯亚胺聚合物接枝到基质，所述基质为氧化物多孔材料。

上述糖分离聚合物材料作为色谱固定相在单糖手性分离、单糖化学分离、二糖化学分离、寡聚多糖化学分离或亲水性物质分离中的应用。

上述方案中，所述单糖手性分离中的单糖是指L/D-核糖，L/D-脱氧核糖，L/D-葡萄糖，L/D-半乳糖，L/D-岩藻糖，L/D-阿拉伯糖，L/D-甘露糖或L/D-来苏糖。

上述方案中，所述单糖化学分离中的单糖是指葡萄糖、半乳糖、N-乙酰基葡萄糖、N-乙酰基半乳糖、核糖、脱氧核糖、木糖、岩藻糖、甘露糖、唾液酸或阿洛糖。

上述方案中，所述二糖化学分离中的二糖是指蔗糖、乳糖、纤维二糖、明串珠菌二糖、海藻糖、麦芽糖、蜜二糖或龙胆二糖。

上述方案中，所述寡聚多糖化学分离中的寡聚多糖是指果寡糖或聚半乳寡糖。

上述方案中，所述亲水性物质分离中的亲水性物质是指核苷酸、氨基酸、短肽、皂苷或甾体。

本发明的有益效果为：

1.本发明制备的聚合物为聚电解质，可以通过取代反应将聚合物接枝修饰到硅胶等多孔材料表面，开发为糖分离色谱填料；

2.本发明聚合物修饰的色谱柱，实现了对手性单糖对映异构体、不同种类单糖、二糖、寡聚多糖的区分，解决了常规的色谱方法无法解决的难题。同时该材料制备流程简单，成本较低，材料可大批量制备，重复性好，容易大规模制备，具有显著的推广价值。

附图说明

图1为二肽修饰的聚乙烯亚胺功能聚合物的制备路线。

图2为化合物1，PEI和聚合物材料PEI-g-D-DF的核磁氢谱。

图3为化合物1，PEI和PEI-g-D-DF的紫外光谱。

图4为化合物1，PEI和PEI-g-D-DF的红外光谱。

图5为化合物1，PEI和PEI-g-D-DF的园二色谱光谱。

图6为PEI-g-D-DF修饰的硅胶表面XPS元素分析，碳元素组成。

图7为PEI-g-D-DF修饰的硅胶表面XPS元素分析，氧元素组成。

图8为PEI-g-D-DF修饰的硅胶表面XPS元素分析，氮元素组成。

图9为基于PEI-g-D-DF聚合物色谱柱对脱氧核糖异构体的手性分离效果图。

图10为基于PEI-g-D-DF聚合物色谱柱对五种代表性的单糖分离效果图。

图11为基于PEI-g-D-DF聚合物色谱柱对六种代表性的二糖分离效果图。

图12为基于PEI-g-D-DF聚合物色谱柱对蔗糖、麦芽糖、蜜二糖混合样品的分离效果图。

图13为基于PEI-g-D-DF聚合物色谱柱对明串珠菌二糖、海藻糖、龙胆二糖混合样品的分离效果图。

图14为基于PEI-g-D-DF聚合物色谱柱对果寡糖样品的分离效果图。

具体实施方式

为使本发明的内容、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例和附图进一步阐述本发明，这些实施例仅用于说明本发明，而本发明不仅限于以下实施例。

实施例中所用原料及设备:

聚乙烯亚胺(分子量10000，100000，500000)由上海阿拉丁生化科技股份有限公司购得，D-Asp-D-Phe由上海希施生物科技有限公司购得。氯乙酰氯，三乙胺和色谱纯DMF由TCI公司购得。其他试剂均使用市售分析纯。¹H和¹³C NMR图谱在BrukerARX300spectrometer检测获得。

实施例1

PEI-g-D-DF的制备

详细的制备路线见图1。冰浴条件下，将0.62g(2mmol)的D-Asp-D-Phe和0.24g(2mmol)的三乙胺溶解在30mL无水氯仿溶液之中，搅拌条件下，将0.27g(2.4mmol)的氯乙酰氯逐滴滴加到上述溶液中，滴加结束后，室温下反应12个小时。反应结束后30mL盐水洗4次，取有机相溶液，旋转蒸发掉有机溶剂后过硅胶柱即可得到反应物1(0.51g，产率65％)。

室温条件下，将1.5g聚乙烯亚胺(分子量为10000)，0.04g碘化钠(0.26mmol)和0.36g的碳酸钾(2.6mmol)溶解到50mL的无水DFM溶液中，搅拌条件下，将10mL溶有0.5g化合物1的DMF溶液逐滴滴加到上述溶液之中，避光氮气保护条件下反应24小时。然后将上述溶液转移到透析袋(截留分子量：3000)中，在甲醇和超纯水条件下透析5天。之后减压条件下除去溶剂，即可得到PEI-g-D-DF。两物质的表征数据如下所示。

化合物1的表征数据：

核磁氢谱(300MHz,氘代氯仿):化学位移(ppm):2.65(d,d,J₁＝J₂＝4.2Hz,1H,C-CH₂),2.97(d,d,J₁＝J₂＝2.4Hz,1H,C-CH₂),3.06(d,d,J₁＝J₂＝3.9Hz,1H,C-CH₂),3.16(d,d,J₁＝J₂＝4.2Hz,1H,C-CH₂),3.71(s,3H,OCH₃),3.73(s,3H,OCH₃),3.92-4.02(d,d,J₁＝J₂＝9.0Hz,2H,C-CH₂Cl),4.78-4.82(m,2H,C*H),6.97(d,J＝7.5Hz,1H,CONH),7.12-7.32(m,5H,Ph-H),7.86(d,J＝4.8Hz,1H,CONH).核磁碳谱(600MHz,氘代氯仿):化学位移(ppm):35.1,37.5,42.3,49.3,52.3,52.4,53.4,127.2,128.4,128.6,129.0,129.2,135.6,166.3,169.4,171.4,172.3；红外(波数):3290,2956,1755,1732,1668,1646,1530,1436,1413,1367,1311,1292,1207,1173,1068,1031,989,952,930,900。元素分析,C₁₇H₂₁N₂O₆Cl预测值(％):C,53.06；H,5.50；N,7.28；实际测量值C,53.00；H,5.58,N,7.36；高分辨质谱:荷质比C₁₇H₂₁N₂O₆Cl计算值：384.1；实测值:385.0[M+H]+。

PEI-g-D-DF的表征数据见图2至图5：

实施例2

采用实施例1中所述的方法，将氯乙酰化的二肽接枝到不同聚合度的聚乙烯基亚胺上，聚合度的范围是5至200000。

实施例3

二肽聚乙烯亚胺聚合物在多孔材料上的接枝方法：

以在多孔硅胶上聚合PEI-g-D-DF为例，在25mL的烧瓶中加入5.0g PEI-g-D-DF，同时加入15mL干燥的DMF作溶剂；在搅拌下通入氮气，待聚合物充分溶解之后，加入5.0g异硫氰酸酯处理后的多孔硅胶或其他多孔材料，将烧瓶的温度控制在60℃低速搅拌反应4-6小时。反应结束后用DMF，H₂O依次洗涤聚合物接枝的多孔硅胶，30℃真空干燥后置于干燥器中备用。使用相同的方法可以制备不同颗粒尺寸(包括硅胶粒径，孔径)、不同无机非金属或金属多孔材料修饰的样品，用作色谱柱的填充材料。

聚合物修饰后的硅胶表征如图6至图8所示。

实施例4

将5g PEI-g-D-DF修饰的多孔硅胶作为色谱填充材料，装填出一只长度250毫米，内径4.6毫米的色谱分析柱。评价了其对单糖异构体、不同种单糖、二糖和寡聚多糖的分离分离。高效液相色谱采用蒸发光散射检测器，检测器柱温70℃，增益捕获值设定为100。实验结果表明聚合物基色谱柱展现出了对多种糖类物质优异的区分能力，能够对糖混合样品进行色谱分离。

图9中的分离条件为：流动相：乙腈/水(v/v＝78:22)混合溶剂，等梯度洗脱，温度20℃，流速1mL/min，柱压30兆帕，进样量10微升。

图10中的分离条件为：流动相：乙腈/水混合溶剂，梯度洗脱，0–2分钟(88％乙腈，12％水)；2–12分钟(88–80％乙腈)；温度20℃，流速1mL/min，柱压30兆帕，进样量10微升。

图11中的分离条件为：流动相：乙腈/水混合溶剂，梯度洗脱，0–12分钟(82–75％乙腈)；12–14分钟(75％乙腈，25％水)；14–19分钟(75–70％乙腈)；19–30分钟(70％乙腈，30％水)；温度20℃，流速1mL/min，柱压30兆帕，进样量10微升。

图12中的分离条件为：流动相：乙腈/水混合溶剂，梯度洗脱，0–12分钟(82–75％乙腈)；12–14分钟(75％乙腈，25％水)；14–19分钟(75–70％乙腈)；19–30分钟(70％乙腈，30％水)；温度20℃，流速1mL/min，柱压30兆帕，进样量10微升。

图13中的分离条件为：流动相：乙腈/水混合溶剂，梯度洗脱，0–12分钟(82–75％乙腈)；12–14分钟(75％乙腈，25％水)；14–19分钟(75–70％乙腈)；19–30分钟(70％乙腈，30％水)；温度20℃，流速1mL/min，柱压30兆帕，进样量10微升。

图14中的分离条件为：流动相：乙腈/水混合溶剂，梯度洗脱，0–12分钟(82–75％乙腈)；12–14分钟(75％乙腈，25％水)；14–19分钟(75–70％乙腈)；19–40分钟(70％乙腈，30％水)；温度20℃，流速1mL/min，柱压30兆帕，进样量10微升。

Claims

1.一种二肽聚乙烯亚胺聚合物，其特征在于，所述二肽聚乙烯亚胺聚合物为

其中，n为聚合度，其范围为5至200000。

2.如权利要求1所述的二肽聚乙烯亚胺聚合物的制备方法，其特征在于，所述二肽聚乙烯亚胺聚合物是通过取代反应，将氯乙酰氯化的二肽接枝到聚合度为5至200000的聚乙烯亚胺的主链上，获得所述二肽聚乙烯亚胺聚合物，其中，所述二肽为所述氯乙酰化的二肽为

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的二肽聚乙烯亚胺聚合物的制备方法包括如下步骤：

1)将所述二肽和三乙胺溶解在无水氯仿溶液之中，搅拌条件下，将氯乙酰氯逐滴滴加到上述溶液中，滴加结束后，室温下反应10-14小时，得到氯乙酰化的化合物1；

2)室温条件下，将聚乙烯亚胺，碘化钠和碳酸钾溶解到无水N,N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌条件下，将溶有化合物1的N,N-二甲基甲酰胺溶液滴加逐滴滴加到上述溶液之中，避光氮气保护条件下反应22-26小时，经过提纯即可得到二肽聚乙烯亚胺聚合物PEI-g-D-DF；

4.一种糖分离聚合物材料，其制备方法如下：将权利要求1至3任一项所述的二肽聚乙烯亚胺聚合物接枝到基质，所述基质为氧化物多孔材料，从而得到所述糖分离聚合物材料。

5.如权利要求4所述的糖分离聚合物材料作为色谱固定相在单糖手性分离、单糖化学分离、二糖化学分离、寡聚多糖化学分离或亲水性物质分离中的应用。

6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述单糖手性分离中的单糖是指L/D-核糖，L/D-脱氧核糖，L/D-葡萄糖，L/D-半乳糖，L/D-岩藻糖，L/D-阿拉伯糖，L/D-甘露糖或L/D-来苏糖。

7.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述单糖化学分离中的单糖是指葡萄糖、半乳糖、N-乙酰基葡萄糖、N-乙酰基半乳糖、核糖、脱氧核糖、木糖、岩藻糖、甘露糖或阿洛糖。

8.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述二糖化学分离中的二糖是指蔗糖、乳糖、纤维二糖、明串珠菌二糖、海藻糖、麦芽糖、蜜二糖或龙胆二糖。

9.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述寡聚多糖化学分离中的寡聚多糖是指果寡糖或聚半乳寡糖。

10.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述亲水性物质分离中的亲水性物质是指核苷酸、氨基酸、短肽、皂苷或甾体。