CN106008577A - 一种含有苯硼酸官能团的琥珀酰亚胺酯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含有苯硼酸官能团的琥珀酰亚胺酯及其制备方法，是用原料为4‑羧基苯硼酸及其邻位、间位或对位衍生物，先与β氨基丙酸发生取代反应生成酰胺，再用DCC活化羧基，与N‑羟基琥珀酰亚胺酯化反应，得到对应的琥珀酰亚胺酯。其结构通式为：式中：R为H、X(X为F、Cl、Br、I)或NO2。本发明的优点是：效率高，使用条件温和，可用于生理条件下的生物大分子或者生物界面的修饰。利用该方法，可以把苯硼酸的pH响应性、糖响应性引入到生物体系。
Description
技术领域
本发明属于小分子合成技术，这种小分子含有苯硼酸官能团，并可用于生理条件下生物大分子或者生物界面的修饰。
背景技术
苯硼酸分子是一个三价硼原子分别与两个羟基和一个苯环相连的结构。苯硼酸分子中的硼原子是处于sp2杂化状态，并且存在一个空的p轨道，这使苯硼酸具有路易斯酸的性质，可与路易斯碱反应，得到sp3杂化状态的苯硼酸。在水体系中，苯硼酸分子与羟基可逆地结合，硼原子就会由中性的正三角形构型转化为带负电的正四面体构型，造成苯硼酸由疏水状态向亲水状态的转变的“pH响应”行为。同时当在水体系中存在1,2-或1,3-二元醇时，中性的疏水的苯硼酸也会与其可逆反应得到带负电的亲水的硼酸酯，这被叫做“二元醇响应”行为。这些独特的性质决定了苯硼酸在生物医学上的重要的应用。它可以用于糖类或者糖蛋白的感应，胰岛素的控制释放，以及药物的靶向输送等方面。近年来，生物共轭体成为研究的一大领域。生物共轭体就是把一些具有特殊性质的分子或者复合物，通过一定的方法接枝到一些生物大分子(比如蛋白质，DNA，病毒等)或者生物膜的表面，研究这种接枝后具有独特性质的复合物的性质。基于苯硼酸的独特而有益的性质，将含有苯硼酸的分子与生物大分子结合从而将其改性，这一方面引起了生物技术方面的关注。通常的方法是把含有特殊官能团的分子琥珀酰亚胺化，然后与生物大分子或者界面上的氨基反应形成酰胺键，从而接枝到表面或者界面。这种方法具有效率高，使用条件温和，可用于生物体系等优点。
因此，本发明中合成了一种含有苯硼酸的琥珀酰亚胺酯，可以直接用于生物体系反应，对蛋白质，DNA，病毒等生物大分子或者生物界面等进行修饰。这种小分子具有苯硼酸的pH响应性，二元醇响应性，并且根据文献报道它的pKa只有7.8左右，接近生理条件下的pH值。通过后续接枝，便可将苯硼酸的优良性质引入到生物体系中。
发明内容：
本发明针对上述问题，提供了一种很方便地用于生物大分子或生物界面修饰的含有苯硼酸官能团的琥珀酰亚胺酯，同时提供了其合成方法。
本发明的技术方案：
一种含有苯硼酸的琥珀酰亚胺酯的小分子，其结构通式为：
式中，R为H、X(X为F、Cl、Br、I)或NO2。
本发明制备方法步骤如下：
1)R-4-酰氯苯硼酸的合成
将R-4-羧基苯硼酸与氯化亚砜(SOCl2)在圆底烧瓶中混合，氮气保护下，置于88℃油浴中回流24h，回流结束后，将没有反应的SOCl2用旋转蒸发仪除去，残留固体置于通风橱阴凉处自然干燥，最后得到白色固体,即为R-4-酰氯苯硼酸；
2)N-正丙酸-(R-4-硼酸)苯基酰胺的合成
将β氨基丙酸(1.2eq)和三乙胺(2.0eq)溶于水中，冰水浴冷却30min，然后把溶解有R-4-酰氯苯硼酸(1.0eq)的四氢呋喃(THF)溶液在不断地搅拌下，缓慢地滴入其中，滴加完全后，在冰水浴下混合搅拌两个小时，接着升温至室温反应过夜，反应完全后，将四氢呋喃用旋转蒸发仪除去，用浓盐酸调节溶液pH到3左右，有白色固体析出，过滤，将得到的固体用碱性的水溶解，调节pH至3左右，抽滤，如此反复两次得到纯净的N-正丙酸-(R-4-硼酸)苯基酰胺；
3)2-((R-4-硼酸)苯基)酰胺琥珀酰亚胺酯的合成
将N-正丙酸-(R-4-硼酸)(1.0eq)苯基酰胺和琥珀酰亚胺(NHS)(1.5eq)溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，冰浴冷却30min，不断搅拌下加入二环己基碳二亚胺(DCC)(1.5eq)，加入完全后，在冰水浴下混合搅拌两个小时，然后升温至25℃反应过夜，反应完全后，过滤除去不溶物，滤液用旋转蒸发仪除去DMF，残留物用乙酸乙酯沉淀，过滤后得到白色固体，即为2-((R-4-硼酸)苯基)酰胺琥珀酰亚胺酯。
本发明中，原料为4-羧基苯硼酸及其邻位、间位或对位衍生物，先与β氨基丙酸发生取代反应生成酰胺，再用DCC活化羧基，与N-羟基琥珀酰亚胺酯化反应，得到对应的琥珀酰亚胺酯。
本发明的优点是：制备步骤简单，仅两步即可得到所需产物，得到的产物可以直接用于生物大分子或者生物界面的修饰。
附图说明
图1为实施例1制备的N-正丙酸-(4-硼酸)苯基酰胺的核磁图。
图2为实施例1制备的2-(4-硼酸苯基)酰胺-琥珀酰亚胺酯的核磁图。
图3为实施例2制备的N-正丙酸-(2-氟-4-硼酸)苯基酰胺的核磁图。
图4为实施例2制备的2-(2-氟-4-硼酸苯基)酰胺-琥珀酰亚胺酯的核磁图。
具体实施方式
本发明提供了一种含有苯硼酸的琥珀酰亚胺酯的小分子，其结构通式为：
式中，R为H、X(X为F、Cl、Br、I)或NO2。
其制备方法的化学方程式如下：
下面以具体的实施例进行说明。
实施例1：
2-(4-硼酸苯基)酰胺琥珀酰亚胺酯的制备，其结构式为：
1)4-酰氯苯硼酸的合成
将5g(30.0mmol)4-羧基苯硼酸与75ml(1.0mol)氯化亚砜(SOCl2)在250ml圆底烧瓶中混合，氮气保护下，置于88℃油浴中回流24h。回流结束后，将没有反应的SOCl2用旋转蒸发仪除去，残留固体置于通风橱阴凉处自然干燥，最后得到白色固体,即为4-酰氯苯硼酸。
2)N-正丙酸-(4-硼酸)苯基酰胺的合成
将3.2g(36.0mmol)β氨基丙酸和6.06g(60.0mmol)三乙胺溶于40ml水中，冰水浴冷却30min，然后在不断地搅拌下，将120ml溶解有5.54g(30mmol)的4-酰氯苯硼酸的四氢呋喃溶液缓慢的滴入其中。滴加完全后，冰水浴下混合搅拌两个小时，然后升温到室温反应过夜。反应完全后，将四氢呋喃用旋转蒸发仪除去，用浓盐酸调节溶液pH到3左右，会有白色固体析出，过滤，将得到的固体用1N的NaOH水溶液溶解，再用浓盐酸调节pH至3左右，白色固体析出，抽滤，如此反复两次得到纯净的白色固体N-正丙酸-(4-硼酸)苯基酰胺。其核磁图参见附图1。
3)2-(4-硼酸苯基)酰胺-琥珀酰亚胺酯的合成
将2.0g(8.5mmol)N-正丙酸-(4-硼酸)苯基酰胺溶解于40ml无水N,N-二甲基甲酰胺中，冰水浴冷却30min，然后将1.46g(12.7mmol)N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)溶解于少量DMF中，不断搅拌下加入到上述溶液中，搅拌20min后，将2.61g(12.7mmol)二环己基碳二亚胺(DCC)溶于少量DMF后，不断搅拌下加入到混合溶液中。冰水浴搅拌两个小时后，升温至25℃反应过夜。反应完后，过滤除去不溶物，滤液用旋转蒸发仪旋干，残留物用十倍体积以上的无水乙酸乙酯沉淀，过滤，得到白色固体2-(4-硼酸苯基)酰胺琥珀酰亚胺酯。其核磁图参见附图2。
实施例2：
2-((2-氟-4-硼酸)苯基)酰胺琥珀酰亚胺酯的制备，其结构式为：
1)2-氟-4-酰氯苯硼酸的合成
将5g(27.2mmol)的2-氟4-羧基苯硼酸与75ml(1.00mol)氯化亚砜(SOCl2)在250ml圆底烧瓶中混合，氮气保护下，置于88℃油浴中回流24h。反应结束后，将剩余的SOCl2用旋转蒸发仪除去，残留固体置于通风橱阴凉处自然干燥，最后得到白色固体,即为4-酰氯苯硼酸。
2)N-正丙酸-(2-氟-4-硼酸)苯基酰胺的合成
将2.91g(32.6mmol)β氨基丙酸和5.50g(54.4mmol)三乙胺溶于40ml水中，冰水浴冷却30min，然后在不断地搅拌下，将120ml溶解有5.21g(27.2mmol)的2-氟-4-酰氯苯硼酸的四氢呋喃溶液缓慢的滴入其中。滴加完全后，冰水浴下混合搅拌两个小时，然后升温到室温反应过夜。反应完全后，将四氢呋喃用旋转蒸发仪除去，用浓盐酸调节溶液pH到3左右，会有白色固体析出，过滤，将得到的固体用1N的NaOH水溶液溶解，再用浓盐酸调节pH至3左右，白色固体析出，抽滤，如此反复两次得到纯净的白色固体N-正丙酸-(2-氟-4-硼酸)苯基酰胺。其核磁图参见附图3。
3)2-((2-氟-4-硼酸)苯基)酰胺琥珀酰亚胺酯的合成
将2.0g(7.8mmol)N-正丙酸-(2-氟-4-硼酸)苯基酰胺溶解于40ml无水N,N-二甲基甲酰胺中，冰水浴冷却30min，然后将1.35g(11.8mmol)N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)溶解于少量DMF中，不断搅拌下加入到上述溶液中，搅拌20min后，将2.42g(11.8mmol)二环己基碳二亚胺(DCC)溶于少量DMF后，不断搅拌下加入到混合溶液中。冰水浴搅拌两个小时后，升温至25℃反应过夜。反应完后，过滤除去不溶物，滤液用旋转蒸发仪旋干，残留物用十倍体积以上的无水乙酸乙酯沉淀，过滤，得到白色固体2-((2-氟-4-硼酸)苯基)酰胺琥珀酰亚胺酯。其核磁图参见附图4。
Claims (6)
1.一种含有苯硼酸官能团的琥珀酰亚胺酯的分子，其特征在于结构通式为：
式中：R为H、X或NO2；X为F、Cl、Br或I。
2.一种如权利要求1所述的含有苯硼酸官能团的琥珀酰亚胺酯的制备方法，其特征在于步骤如下：
1)R-4-酰氯苯硼酸的合成
将R-4-羧基苯硼酸与氯化亚砜在圆底烧瓶中混合，氮气保护下，置于88℃油浴中回流24h，回流结束后，将没有反应的SOCl2用旋转蒸发仪除去，残留固体置于通风橱阴凉处自然干燥，最后得到白色固体,即为R-4-酰氯苯硼酸；
2)N-正丙酸-(R-4-硼酸)苯基酰胺的合成
将β氨基丙酸和三乙胺溶于水中，冰水浴冷却30min，然后把溶解有R-4-酰氯苯硼酸的四氢呋喃溶液在不断地搅拌下，缓慢地滴入其中，滴加完全后，在冰水浴下混合搅拌两个小时，接着升温至室温反应过夜，反应完全后，将四氢呋喃用旋转蒸发仪除去，用浓盐酸调节溶液pH到3左右，有白色固体析出，过滤，将得到的固体用碱性的水溶解，调节pH至3左右，抽滤，如此反复两次得到纯净的N-正丙酸-(R-4-硼酸)苯基酰胺；
3)2-(R-4-硼酸苯基)酰胺-琥珀酰亚胺酯的合成
将N-正丙酸-(R-4-硼酸)苯基酰胺和琥珀酰亚胺溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，冰浴冷却30min，不断搅拌下加入二环己基碳二亚胺，加入完全后，在冰水浴下混合搅拌两个小时，然后升温至25℃反应过夜，反应完全后，过滤除去不溶物，滤液用旋转蒸发仪除去DMF，残留物用乙酸乙酯沉淀，过滤后得到白色固体，即为2-((R-4-硼酸)苯基)酰胺琥珀酰亚胺酯。
3.根据权利要求2所述的含有苯硼酸官能团的琥珀酰亚胺酯的制备方法，其特征在于：原料为4-羧基苯硼酸及其邻位、间位或对位衍生物，先与β氨基丙酸发生取代反应生成酰胺，再用DCC活化羧基，与N-羟基琥珀酰亚胺酯化反应，得到对应的琥珀酰亚胺酯。
4.根据权利要求2所述含有苯硼酸官能团的琥珀酰亚胺酯的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中R-4-羧基苯硼酸与SOCl2的摩尔比为1:33.3-36.7。
5.根据权利要求2所述含有苯硼酸官能团的琥珀酰亚胺酯的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中R-4-酰氯苯硼酸、β氨基丙酸和三乙胺的摩尔比为1:1.2:2.0；R-4-酰氯苯硼酸与四氢呋喃的摩尔比约为1:49-54，β-氨基丙酸与水的摩尔比约为1:61-68。
6.根据权利要求2所述含有苯硼酸官能团的琥珀酰亚胺酯的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中N-正丙酸-(R-4-硼酸)苯基酰胺、N-羟基琥珀酰亚胺和二环己基碳二亚胺的摩尔比1:1.5:1.5；N-正丙酸-(R-4-硼酸)苯基酰胺与N,N-二甲基甲酰胺的摩尔比约为1:61-65。
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