聚乙二醇單甲醚-聚谷氨酸的合成與表征

生物醫學(xué)工程學(xué)雜志 J Biomed Eng2006;23(4):786~789聚乙二醇單甲醚一聚谷氨酸的合成與表征*杜建張晟張麗芳孫蕊熊成東彭宇行(中國科學(xué)院成都有機化學(xué)研究所,成都610041)摘要以聚乙二醇單甲醚為原料在溶劑中與萘鉀反應,形成聚乙二醇單甲醚的鉀鹽活性中間體,再與對甲苯磺酰氯反應得到聚乙二醇單甲醚對甲苯磺酸酯,進(jìn)而反應生成氨基聚乙二醇單甲醚并用此引發(fā)芐基L谷氨酸N-羧酸酐,生成嵌段共聚物聚乙二醇單甲醚聚芐酯谷氨酸,然后用堿脫去芐酯保護基,得到水溶性的聚乙二醇單甲醚一聚谷氨酸。用紅外光譜,核磁共振,凝膠滲透色譜對聚合物結構進(jìn)行了表征該嵌段共聚物在藥物控制釋放研究中具有重要的應用價(jià)值。關(guān)鍵詞氨基聚乙二醇單甲醚芐基-L-谷氨酸-N-羧酸酐聚乙二醇單甲醚聚谷氨酸嵌段共聚物 Synthesis and Characterizations of Poly (ethylene glycol)- block-poly (glutamate) Du Jian Zhang Sheng Zhang Lifang Sun Rui Xiong Chengdong Peng Yuxing (Chengdu Institute of Organic Chemistry, Academia Sinica, Chengdu 610041.China) Abstract Amine-terminated poly (ethylene glycol)(PEG) was prepared by two steps. Firstly, potassium naphthalene was added to a solution of methoxypolyethylene glycol 5,000 in benzene until the solution maintains green in half of an hour, then excess tosylchloride was introduced; secondly, the conversion of the tosylate into an amine was carried out by Gabriel synthesis. The block copolymer poly (ethylene glycol)-co-poly (7-benzyl L- glutamate could be obtained by ring -opening polymerization of Y-benzyl-L-glutamate N-carboxy anhydride with amine-terminated PEG as macroinitiator. And the benzyl group could be removed by sodium hydroxide.The product structure was characterized by IR. HNMR GPC. The cisplatin-loaded micelle was observed by transmission electron microscope(TEM). And the block copolymer is expected to be useful as functional materials including carrier systems in drug controlled delivery applications. Key words Amine-terminated PEG y-Benzyl-L-glutamate N-carboxy Poly (ethylene glycol)-co-poly (glutamate acid) Block copolymer1引言要使用有機溶劑,強力攪拌,和表面活性劑。這就使得那些易失活,不穩定的藥物不可避免的存在失活,在聚合物科學(xué)領(lǐng)域,無(wú)論是基礎研究還是應用分解變性的現象。而且這類(lèi)載體往往載藥量較低,原研究,通過(guò)大分子自組裝形成超分子結構的新型功因是藥物與載體之間是靠物理吸附和包裹作用結合能高分子都是研究熱點(diǎn)之一。在這一領(lǐng)域中嵌段共到一起的。因此近年來(lái)人們開(kāi)始對聚醚共聚物的結聚物,特別是以聚醚為基礎的嵌段共聚物引起了人構進(jìn)行改性,引入帶有活性基團的水溶性的鏈段,其們的特別關(guān)注。在聚醚與可生物降解高分子共聚材中有代表性的共聚物為聚醚聚氨基酸兩嵌段共聚料研究得最多的是聚醚與可生物降解聚酯的共聚材物本文將在制備和合成方法上進(jìn)行一些創(chuàng )新料,如聚醚一聚乳酸等1~1。該共聚物能自組裝成納性探索米粒子,但是這種納米粒子在包裹藥物過(guò)程中往往2試劑與儀器第4期杜建等聚乙二醇單甲醚一聚谷氨酸的合成與表征787其溶解,石油醚沉淀純化,干燥;四氫呋喃,苯,1,4-氣(過(guò)量10%),在60下反應,待反應液變清亮后,氧六環(huán)石油醚均先經(jīng)過(guò)預干燥然后用金屬鈉回冷卻至室溫,加大量石油醚沉淀,然后用四氫呋喃重流脫水,直至二苯甲酮指示劑變?yōu)樗{色蒸出;N,N-結晶三次,干燥,得白色疏松狀固體,產(chǎn)率57.4%二甲基甲酰胺,三氯甲烷用五氧化二磷干燥72h,3.3聚乙二醇單甲醚一聚谷氨酸的合成使用前蒸餾;其它試劑均為國產(chǎn)分析純 NICOLET3.3.1聚乙二醇單甲醚聚芐酯谷氨酸兩嵌段共聚200 SXV FT--R紅外光譜儀,溴化鉀壓片; Varian物的合成將氨基聚乙二醇單甲醚和芐基L谷 UNITYINOVA--400Hz核磁共振儀,以氘代氯仿為氨酸-N-羧酸酐加入預先用氮氣置換過(guò)的干燥反應溶劑; Waters Associates Model ALC/GPC244凝瓶中,然后用注射器加入1,4二氧六環(huán)和氯仿的混膠滲透色譜,聚苯乙烯為標樣,四氫呋喃為溶劑。合溶劑(3:2,v/v),使兩種原料的總濃度為5%(wt/v),在35C下攪拌反應72h后,加入大量甲醇3實(shí)驗部分沉淀得白色固體產(chǎn)物,產(chǎn)率63.2%3.1氨基聚乙二醇單甲醚的制備.3.2聚乙二醇單甲醚聚芐酯谷氨酸脫保護將3.1.1聚乙二醇單甲醚一對甲苯磺酸酯的制備乙二醇單甲醚聚芐酯谷氨酸配成5%(wt/v)的氯在干燥的充有氮氣的反應瓶中加入聚乙二醇單甲仿溶液,加入過(guò)量的1mol/L的氫氧化鈉水溶液,在醚和苯,待聚乙二醇單甲醚溶解后,加入適量的萘鉀室溫下攪拌反應30mi,然后用鹽酸將溶液pH值直至綠色0.5h不消失,然后加入過(guò)量的對甲苯磺調至中性,分液,得氯仿層和水層,將水層溶液用氯酰氯,室溫反應24h,抽濾除去氯化鉀,用大量乙醚仿萃取3次,然后把萃取液和氯仿層溶液合并加大沉淀得到初產(chǎn)物。初產(chǎn)物再用乙醇重結晶,真空干量乙醚沉淀,真空干燥,得淺黃色固體,產(chǎn)率53%燥,得白色固體,產(chǎn)率92.3%。3.1.2聚乙二醇單甲醚鄰苯二甲酰亞胺的制備4結果把聚乙二醇單甲醚對甲苯磺酸酯溶于Nn-二4.1氨基聚乙二醇單甲醚的制備甲基甲酰胺,加入過(guò)量的鄰苯二甲酰亞胺鉀鹽,4.1.1聚乙二醇單甲醚對甲苯磺酸酯的制備120C,氮氣保護攪拌反應3h,冷卻到室溫,過(guò)濾掉從其氫核化學(xué)位移上看,=4.18ppm為對甲苯磺未反應的鄰苯二甲酰亞胺鉀鹽,乙醚沉淀,真空干燥酸酯基旁亞甲基的質(zhì)子位移,=7.81ppm和得白色固體,產(chǎn)率94.5%。7.38ppm均為對甲苯磺酸酯基苯環(huán)上質(zhì)子的化學(xué)3.1.3氨基聚乙二醇單甲醚的制備將聚乙二醇位移,說(shuō)明羥基已轉化為對甲苯磺酸酯,其羥基轉化單甲醚鄰苯二甲酰亞胺溶于無(wú)水乙醇享,加入過(guò)量率為97.5%。把原料聚乙二醇單甲醚和產(chǎn)品聚乙二的水合肼回流反應4h冷卻至室溫大量乙醚沉醇單甲醚一對甲苯磺酸酯做凝膠滲透色譜分析,其淀,抽濾得固體產(chǎn)物。然后將產(chǎn)物溶于水,用氯仿萃數均分子量分別為3385和4002,分子量分布為取3次,萃取液用無(wú)水硫酸鈉干燥1d,氯仿液清1.06和1.05,該結果證實(shí)了在反應過(guò)程中分子主鏈亮后,濾掉硫酸鈉,濾液用大量乙醚沉淀得到產(chǎn)物,基本沒(méi)有發(fā)生變化將其用乙醇重結晶3次,真空干燥,得白色固體產(chǎn)4.1.2聚乙二醇單甲醚鄰苯二甲酰亞胺的制備物,產(chǎn)率82.5%其核磁共振譜顯示:6(-CH2OTs)=4.18ppm消3.2y-芐基-L-谷氨酸-N-羧酸酐的合成失,取而代之的是鄰苯基二甲酰亞胺旁亞甲基的化3.2.1-芐基-L-谷氨酸的合成在單頸圓底燒瓶學(xué)位移=5.20ppm,外,苯環(huán)的質(zhì)子位移也由8中加入L谷氨酸,苯甲醇(比L谷氨酸稍過(guò)量)和=7.81ppm和=7.38ppm轉移至δ=7.92ppm60%的硫酸(與L-谷氨酸等量),在70C減壓脫水和=7.71ppm,這說(shuō)明對甲苯磺酸酯已轉化成為情況下反應5h,然后將反應物慢慢倒入內含碳酸鄰苯基二甲酰亞胺氫鈉的冷水中,不斷攪拌,直到無(wú)氣泡產(chǎn)生為止,在4.1.3氨基聚乙二醇單甲醚的制備在其氫核化低溫下使其結晶,將析出晶體過(guò)濾收集,用水和乙酸學(xué)位移中:屬于鄰苯基二甲酰亞胺全部都消失了,并乙酯各洗3次,干燥后得白色固體,產(chǎn)率55.9%且在=3.18ppm處出現一個(gè)新峰,它歸屬于氨基3.2.2y芐基谷氨酸-羧酸酐的合成將旁亞甲基的化學(xué)位移。紅外光譜上也可發(fā)現苯環(huán)與788生物醫學(xué)工程學(xué)雜志第23卷色譜分析氨基聚乙二醇單甲醚的數均分子量為ppm,ch2=5.12ppm)均已消失,而肽鏈上氫3360,分子量分布1.08,其結果證實(shí)經(jīng)過(guò)一系列反原子的吸收雖然積分面積略有縮小,但變化不大;而應后,聚合物分子量基本未發(fā)生變化。且凝膠滲透色譜上仍然只有一個(gè)單峰,所測得的分4.2聚乙二醇單甲醚-聚芐酯谷氨酸兩嵌段共聚物子量與理論上脫保護后的分子量相差不大,這些均的合成表明芐酯保護基已成功被脫除且聚合物主鏈基本保從聚乙二醇單甲醚聚芐酯谷氨酸的紅外譜圖持穩定。上可看到:1652cm-()和1548cm-( NH)處肽鍵的特征峰,1733cm-1的芐酯峰和690cm-1和746cm-1單取代苯特征吸收峰,以及1111cm(u)聚乙二醇單甲醚的特征吸收,這些初步說(shuō)明產(chǎn)物中聚乙二醇單甲醚組分和聚芐酯谷氨酸組分的存在。然后通過(guò)其氫核化學(xué)位移得到證實(shí):聚乙二醇單甲醚重復單元中亞甲基質(zhì)子的特征峰(0-CHCH)=3.41-3.83ppm)聚谷氨酸鏈段上次甲基氫核的特征峰(C0-CHR-N-H)=4.39ppm),以及芐基苯環(huán)上氫核和亞甲基氫核的化學(xué)位移(6cH=7.38ppm和ch=5.12ppm)說(shuō)明產(chǎn)物中ppm86確實(shí)存在聚乙二醇單甲醚和聚芐酯谷氨酸鏈段。最后我們對聚乙二醇單甲醚聚芐酯谷氨酸進(jìn)行了凝圖2聚乙二醇單甲醚聚谷氨酸的氫核化學(xué)位移 Fig 2 'HNMR spectral data of MPEG-PGA膠滲透色譜檢測,結果發(fā)現譜圖上只有一個(gè)對稱(chēng)流出體積峰(基本沒(méi)有低分子量級份出現),且分布較5討論窄,最終證實(shí)了嵌段共聚物生成的事實(shí)。4.3聚乙二醇單甲醚聚谷氨酸的合成在第一步反應氨基聚乙二醇單甲醚的制備中,在紅外譜圖中,酰胺在1652cm-1和1549cm-1我們考慮到羥基的反應活性較低,處在大分子聚乙的特征吸收依然存在,而1733cm-1的芐酯峰和69醇單甲醚鏈端時(shí),其活性不足以引發(fā)N羧酸酐開(kāi)cm-1與746cm-的單取代苯的特征峰都基本消失環(huán)聚合需要將其轉化為較為活潑的氨基對甲苯磺了,說(shuō)明脫保護成功(見(jiàn)圖1)。酸酯基是一個(gè)很好的離去基團,因而我們把聚乙二醇單甲醚一對甲苯磺酸酯用作聚乙二醇單甲醚衍生物的中間體。將聚乙二醇單甲醚轉化為氨基聚乙二100醇單甲醚,首先是把其轉化成聚乙二醇單甲醚一對甲苯磺酸酯,這步反應的轉化程度也決定了最終產(chǎn)8物的氨基化程度,因此制備氨基聚乙二醇單甲醚的60重點(diǎn)和難點(diǎn)就在于制備定量轉化的聚乙二醇單甲醚日對甲苯磺酸酯。40聚乙二醇單甲醚一對甲苯磺酸酯一般是在堿的20催化下,用聚乙二醇單甲醚和對甲苯磺酰氯反應而得,主要有以下幾種方法。(1)以干燥的聚乙二醇單0400333266620001666131000甲醚和過(guò)量的對甲苯磺酰氯在二氯甲烷中,用吡啶 Wavenumber做酸吸收劑而得到,但是采用這種方法,羥基的轉化圖1聚乙二醇單甲醚-聚谷氨酸紅外譜圖率只有80%,且反應過(guò)程中易發(fā)生聚合物鏈的斷 Fig I IR spectral of MPEG-PGA裂,反應時(shí)間也較長(cháng),產(chǎn)物不易純化。(2)用丁基鋰作為堿催化劑來(lái)制備聚乙二醇單甲醚一對甲苯磺酸第4期杜建等聚乙二醇單甲醚一聚谷氨酸的合成與表征789會(huì )斷裂,但羥基轉化率又不高。 copolymer interactions for micelle formation: physicochemical本研究的創(chuàng )新之處在于用有顏色的萘鉀,可根 characterization. Journal of Controlled Release, 2001: 75:249據顏色來(lái)判斷聚乙二醇單甲醚的轉化程度當逐步eyt. Stolnik, Heald CR,etal. Physicochemical evaluation of nanoparticles assembled from poly(lactic acid)-加入鉀時(shí),若溶液維持30min不變色則證明萘鉀 poly (ethylene glycol) (PLA-PEG) block copolymers as drug過(guò)量,在這種情況下,聚乙二醇單甲醚的末端羥基基 delivery vehicles. Langmuir,20017:3168本完全轉化,這點(diǎn)可從其氫核化學(xué)位移上得到證實(shí)。3 Riley, Stolnik, Garnett MC,etal. Use of viscoelastic而且本方法反應時(shí)間短,成本低,產(chǎn)率高,操作簡(jiǎn)便。 measurements for investigating interparticle interactions in接下來(lái)我們進(jìn)行y芐基-L-谷氨酸-N-羧酸酐 dispersions of micellar-like poly (lactic acid )-poly (ethylene glycol) nanoparticles. Langmuir. 2002; 18: 7663的合成。谷氨酸是一種含有兩個(gè)羧基的氨基酸,反應 4 Nishiyama N, Yokoyama M. Aoyagi T, et al. Preparation and前需先用苯甲醇保護其中一個(gè)羧基,生成芐基-l- characterization of self-assembled- polymer-metal- complex谷氨酸,然后再與三聚光氣反應制得-芐基-L-谷氨 micelle from cis-dichlorodiammineplatinum (lI) and poly酸N-羧酸酐。 (ethylene glycol )-poly (-aspartic acid) block copolymer in an隨后我們用氨基聚乙二醇單甲醚作為大分子引 aqueous medium. Langmuir, 1999; 15: 377發(fā)劑引發(fā)y-芐基-L-谷氨酸-N-羧酸酐開(kāi)環(huán)聚合。引5H 5 Harada A, Kataoka K. Novel polyion complex micelle entrapping enzyme molecules in the core: preparation of發(fā)劑中端氨基的N上有未共用電子對,因此具有親 narrowly-distributed micelles from lysozyme and polyethylene核性,可通過(guò)親核加成引發(fā)鏈增長(cháng)生成嵌段共聚物。 glycol)-poly(aspartic acid) block copolymer in aqueous medium.最后脫去聚乙二醇單甲醚-聚芐酯谷氨酸的芐 Macromolecules1998:31:28酯保護基,即得到側鏈含有羧基的聚乙二醇單甲醚- 6 Zhou SB, Deng XM. In vitro degradation characteristics of聚谷氨酸。一般的芐酯脫除常使用鈀碳催化氫化的poly-- lactide--poly(ethylene glycol) microsphere containing human serum albumin. Reactive and Functional Polymers,方法,但我們在實(shí)驗中發(fā)現:由于鈀碳會(huì )對聚合物產(chǎn)2002;51(2):93生較強烈的吸附作用,會(huì )導致分離困難產(chǎn)率低?？? Kataoka Ishihara, Harada et al Effect of the慮到聚氨基酸鏈節中酰胺的穩定性較芐酯強的 secondary structure of poly(l- -lysine) segments on the多,我們采取了堿性條件下室溫短時(shí)間處理共聚 micellization in aqueous milieu of poly (ethylene glycol)-poly(L lysine block copolymer partially substituted with a物的方法。 hydrocinnamoyl group at the N*-position. Macromolecules,至此我們成功地合成了水溶性的聚乙二醇單甲1998;31:6071醚聚谷氨酸嵌段共聚物。當這種聚合物的水溶液8 Yuan ML, Xiong CD, Deng XM. New sythesis of PEG--Ots與溶于水的藥物相混合時(shí),由于有羧基存在,能通過(guò)CN98124012.7.1998[明龍熊成東鄧先模聚醚對甲苯磺靜電吸附、氫鍵等弱的作用力與藥物結合,從而提高酸酯的合成新方法CN98124012.7,1998載藥量。因此該嵌段共聚物在藥物控制釋放研究中(收稿:2004-03-25修回:2004-06-16)具有重要的應用價(jià)值。參考文獻 I Go vender T. Stolnik S. Xiong CD, et al. Drug-polyionic block