CN102604110A

CN102604110A - 一种糖基密度可控的糖基化聚膦腈制备方法

Info

Publication number: CN102604110A
Application number: CN2012100254475A
Authority: CN
Inventors: 黄小军; 黄旭; 钱跃程; 徐志康
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-02-06
Also published as: CN102604110B

Abstract

本发明涉及聚膦腈高分子材料，旨在提供一种糖基密度可控的糖基化聚膦腈制备方法。该方法是先将含有炔基的小分子与聚二氯膦腈在室温下反应，引入点击化学反应所需的模块化官能团炔基，合成得到炔基聚膦腈，然后与含巯基的糖类化合物进行点击反应，得到糖基密度为5～95％的糖基化聚膦腈高分子材料。本方法的优点在于制备方法简单、反应条件温和，糖基化聚膦腈糖基密度可控。本发明所制备的糖基化聚膦腈具有优异的亲水性、生物相容性和对蛋白质特异性识别功能，以及糖所特有的众多生理和病理过程中所起的识别、介导与调控等关键功能，拓展聚膦腈在蛋白质响应识别、生物检测、细菌特异性捕捉、细胞聚集增长、传感器阵列和药物控释等方面的应用。

Description

一种糖基密度可控的糖基化聚膦腈制备方法

技术领域

本发明涉及糖基密度可控的糖基化聚膦腈制备方法，具体涉及一种利用点击化学方法来制备糖基密度可精密调控的聚膦腈高分子材料。

背景技术

糖是生命体内重要的信息物质，在细胞间的信息传递过程中起着非常重要的作用。糖具有极好的亲水性和生物相容性，同时对蛋白质具有特异性识别作用，例如，葡萄糖与伴刀豆球蛋白(Con A)之间有特异性结合作用，而与花生凝集素(PNA)则没有作用。近年来，许多含糖聚合物(Glycopolymer)被合成出来，并被用于研究其与蛋白质之间的相互作用，进而模拟生命体内细胞间的信息传递过程。

聚膦腈是一种由氮、磷原子以交替的单双键构成主链、有机基团作为的聚合物。它具有主链柔顺、侧链可调控以及主链降解产物无毒害的特点，是一种生物相容性较好的高分子材料。由聚膦腈中间体聚二氯膦腈出发，通过亲核取代反应可以制备得到一系列基团不同的聚合物。利用聚膦腈的易修饰性可以制备得到糖基含量由高到低的一系列聚膦。此外，聚膦腈主链的柔顺性赋予了其糖基化产物更好的运动能力，使其在与蛋白质的相互作用过程中能有更多的构象变化，能够更加真实地模拟生命活动过程。自1983年Allcock首次报道糖基化聚膦腈以来(Macromolecules 1983，16，715-719；Macromolecules 1991，24，23-34)，国内外相继开展了相关研究，北京化工大学蔡晴(Acta Polym Sin 2008，141-147)、国外学者Schacht(Biomacromolecules 2007，8，1436-1445)和Stewart(Polym Int 2000，49，57-62)在将葡萄糖引入聚膦腈侧链过程中，为避免葡萄糖多个羟基与聚二氯膦腈发生交联反应，均将葡萄糖羟基选择性保护，与聚二氯膦腈取代反应过后，再通过脱保护实现葡萄糖羟基的“再生”。但现有的方法如保护-脱保护法存在反应过程冗长，操作繁琐，保护后糖基体积位阻增大导致氯原子取代不完全和合成高密度多糖聚膦腈困难等不足。

“点击化学”的概念最早是由诺贝尔化学奖得主Sharpless提出的。它是一种模块化的杂原子偶联反应，以叠氮基团和炔基为例，在变价金属离子如铜的催化作用下才能够进行反应。点击化学反应的特点是反应条件温和、可在室温下进行，对水气、氧气不敏感，反应效率高。中国专利CN101215736报道了一种糖基修饰丙烯腈纳米纤维及其制备方法和应用，该发明首先在聚丙烯腈纳米纤维膜表面引入炔基，再利用炔基-叠氮点击反应将含叠氮基团的糖固定到纳米纤维表面，该方法有效提高了聚丙烯腈纳米纤维膜表面的糖基化率，但是该过程用到了大量的Cu(I)进行催化反应，在后续的蛋白质分离中有一定的危害性。

目前，越来越多的点击反应类型被人们发现，其中炔基-巯基点击反应受到了人们的广泛关注。炔基-巯基反应具有反应效率高、产物易分离、非金属离子催化等优点。操作方便、易放大以及环境友好等优点为炔基-巯基点击化学反应在材料修饰、表面改性、聚合物合成等领域的应用奠定了基础。Perrier等人(Macromolecules 2010，43，1438-1443)结合活性自由基聚合物及紫外光照下的炔基-巯基点击反应，成功合成了一类枝化糖基聚合物。Hensarling等人(Journal of the American Chemical Society 2009，131，14673-14675)利用紫外光引发接枝聚合将甲基丙烯酸丙炔醇酯固定在硅片上，随后再利用炔基-巯基点击反应，分别将亲水的巯基丙酸、巯基甘油和疏水的十二烷基巯醇等固定在硅片表面。结果表明点击反应效率几乎可达100％。因此将炔基-巯基点击反应反应于糖基化聚膦腈的合成中，可以制备得到高糖基密度的聚膦腈。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有高糖基密度聚膦腈在合成方法上的不足，提供一种环保、高效、简便糖基密度可精密调控的聚膦腈制备方法，具体步骤如下：

提供一种糖基密度可控的糖基化聚膦腈制备方法，是先合成聚二氯膦腈，然后再合成炔基聚膦腈，最后合成制备糖基化聚膦腈高分子材料。

该方法具体包括如下步骤：

(1)将六氯环三磷腈置于密封反应容器中，在真空高温条件下进行热开环聚合反应6～24小时，得到聚二氯膦腈的弹性体，该聚合物数均分子量为2～50万；

(2)在氮气保护下，在反应器中加入四氢呋喃溶剂和步骤(1)所得的聚二氯膦腈，配制成质量百分比为2～20％的聚合物溶液；再向该溶液中分别滴加炔基化合物和三乙胺，聚二氯膦腈、炔基化合物和三乙胺的质量比为1∶1～2∶1～4；室温条件下反应8～24小时后，将反应溶液倒入石油醚中沉淀得到炔基聚膦腈；

(3)将炔基聚膦腈溶于二甲基甲酰胺中，配制成质量百分比为2～20％的聚合物溶液；再向该溶液中加入巯基糖化合物和光敏自由基光引发剂，炔基聚膦腈、巯基糖化合物、光敏自由基光引发剂质量比为1∶0.01～2∶0.1～0.5；在紫外光照射下反应2～8小时，经透析、冷冻干燥得到糖基化聚膦腈；其中，糖基化聚膦腈糖基密度为5～95。

本发明所述步骤(1)中，反应体系的真空度为20～2000Pa，反应温度为200～260℃。

本发明所述步骤2)中，炔基化合物是丙炔胺、丙炔醇或己炔醇中的任意一种。

本发明所述步骤(3)中，巯基糖化合物是巯基葡萄糖、巯基甘露糖、巯基乳糖或巯基半乳糖中的任意一种。

本发明所述步骤(3)中，光敏自由基光引发剂是安息香二甲醚、苯甲酰甲酸甲酯或1-羟基环己苯基甲酮中的任意一种。

本发明所述步骤(1)后，还包括使用正庚烷洗涤除去未反应的单体。

本发明所述步骤(2)中，反应结束后，先过滤除去所产生的三乙胺盐酸盐，并通过旋转蒸发除去部分溶剂，将溶液在水中沉淀得到炔基聚膦腈白色弹性体；然后又将其溶于四氢呋喃中，再在石油醚中沉淀，如此重复纯化3次，得到炔基聚膦腈。

本发明的有益效果是：

1)利用胺类和醇类小分子体积小以及亲核能力强的特点，能够将聚二氯膦腈侧链上的氯原子都取代完全，避免了因氯原子残留所引起的聚合物交联、降解等问题。

2)利用点击反应高效、专一的特点可以将糖类化合物在较温和的条件下引入到聚膦腈侧链上，同时与用乙酰基保护的糖相比，较小的体积位阻有利于提高糖基的取代密度。

3)采用炔基-巯基点击反应可以在无金属离子催化条件下进行，反应产物中不含金属离子，在生物医用领域具有更加广泛的应用。

附图说明

图1为高糖基密度聚膦腈合成示意图(以聚丙炔胺基膦腈与巯基葡萄糖反应为例)。

具体实施方式：

以下通过具体实施方式来说明本发明的有益效果。

实施例1：

将六氯环三膦腈单体在20Pa真空条件下封管将单体封存在聚合管中，然后置于200℃的马弗炉中反应6小时，得到聚二氯膦腈数均分子量为2万。将该聚合物取出后，用正庚烷洗涤除去未反应的单体。然后将聚二氯膦腈溶于四氢呋喃配成质量百分比为20％的聚合物溶液，再分别加入丙炔胺和三乙胺；其中，聚二氯膦腈、丙炔胺和三乙胺质量比为：1∶1∶2，室温下反应8小时。反应结束后，过滤除去所产生的三乙胺盐酸盐，并通过旋转蒸发除去部分溶剂，将溶液在水中沉淀得到炔基聚膦腈白色弹性体，然后又将其溶于四氢呋喃中，再在石油醚中沉淀，如此重复纯化3次。将制得的炔基聚膦腈聚合物溶于N，N-二甲基甲酰胺中，配成质量百分比为20％的聚合物溶液，再向该聚合物溶液中分别加入巯基葡萄糖和光敏自由基引发剂安息香二甲醚，在紫外光照下反应2小时，其中，炔基聚膦腈、巯基糖化合物和光敏自由基光引发剂安息香二甲醚质量比为：1∶0.01∶0.1。经过去离子水透析及冷冻干燥，得到糖基密度为5％的糖基化聚膦腈高分子材料。

实施例2：

将六氯环三膦腈单体在100Pa真空条件下封管将单体封存在聚合管中，然后置于220℃的马弗炉中反应12小时，得到聚二氯膦腈数均分子量为6万。将该聚合物取出后，用正庚烷洗涤除去未反应的单体。然后将聚二氯膦腈溶于四氢呋喃配成质量百分比为15％的聚合物溶液，再分别加入丙炔胺和三乙胺；其中，聚二氯膦腈、丙炔胺和三乙胺质量比为：1∶1.2∶2，室温下反应12小时。反应结束后，过滤除去所产生的三乙胺盐酸盐，并通过旋转蒸发除去部分溶剂，将溶液在水中沉淀得到炔基聚膦腈白色弹性体，然后又将其溶于四氢呋喃中，再在石油醚中沉淀，如此重复纯化3次。将制得的炔基聚膦腈聚合物溶于N，N-二甲基甲酰胺中，配成质量百分比为15％的聚合物溶液，再向该聚合物溶液中分别加入巯基葡萄糖和光敏自由基引发剂安息香二甲醚，在紫外光照下反应4小时，其中，炔基聚膦腈、巯基葡萄糖和光敏自由基光引发剂安息香二甲醚质量比为：1∶0.2∶0.2。经过去离子水透析及冷冻干燥，得到糖基密度为20％的糖基化聚膦腈高分子材料。

实施例3：

将六氯环三膦腈单体在500Pa真空条件下封管将单体封存在聚合管中，然后置于240℃的马弗炉中反应16小时，得到聚二氯膦腈数均分子量为20万。将该聚合物取出后，用正庚烷洗涤除去未反应的单体。然后将聚二氯膦腈溶于四氢呋喃配成质量百分比为10％的聚合物溶液，再分别加入丙炔醇和三乙胺；其中，聚二氯膦腈、丙炔醇和三乙胺质量比为：1∶1.5∶3，室温下反应16小时。反应结束后，过滤除去所产生的三乙胺盐酸盐，并通过旋转蒸发除去部分溶剂，将溶液在水中沉淀得到炔基聚膦腈白色弹性体，然后又将其溶于四氢呋喃中，再在石油醚中沉淀，如此重复纯化3次。将制得的炔基聚膦腈聚合物溶于N，N-二甲基甲酰胺中，配成质量百分比为10％的聚合物溶液，再向该聚合物溶液中分别加入巯基甘露糖和光敏自由基引发剂苯甲酰甲酸甲酯，在紫外光照下反应6小时，其中，炔基聚膦腈、巯基甘露糖和光敏自由基光引发剂苯甲酰甲酸甲酯质量比为：1∶0.5∶0.2。经过去离子水透析及冷冻干燥，得到糖基密度为42％的糖基化聚膦腈高分子材料。

实施例4：

将六氯环三膦腈单体在1000Pa真空条件下封管将单体封存在聚合管中，然后置于240℃的马弗炉中反应20小时，得到聚二氯膦腈数均分子量为30万。将该聚合物取出后，用正庚烷洗涤除去未反应的单体。然后将聚二氯膦腈溶于四氢呋喃配成质量百分比为6％的聚合物溶液，再分别加入丙炔醇和三乙胺；其中，聚二氯膦腈、丙炔醇和三乙胺质量比为：1∶2∶3，室温下反应24小时。反应结束后，过滤除去所产生的三乙胺盐酸盐，并通过旋转蒸发除去部分溶剂，将溶液在水中沉淀得到炔基聚膦腈白色弹性体，然后又将其溶于四氢呋喃中，再在石油醚中沉淀，如此重复纯化3次。将制得的炔基聚膦腈聚合物溶于N，N-二甲基甲酰胺中，配成质量百分比为6％的聚合物溶液，再向该聚合物溶液中分别加入巯基甘露糖和光敏自由基引发剂苯甲酰甲酸甲酯，在紫外光照下反应8小时，其中，炔基聚膦腈、巯基甘露糖和光敏自由基光引发剂苯甲酰甲酸甲酯质量比为：1∶1∶0.4。经过去离子水透析及冷冻干燥，得到糖基密度为78％的糖基化聚膦腈高分子材料。

实施例5：

将六氯环三膦腈单体在2000Pa真空条件下封管将单体封存在聚合管中，然后置于260℃的马弗炉中反应20小时，得到聚二氯膦腈数均分子量为35万。将该聚合物取出后，用正庚烷洗涤除去未反应的单体。然后将聚二氯膦腈溶于四氢呋喃配成质量百分比为5％的聚合物溶液，再分别加入丙炔醇和三乙胺；其中，聚二氯膦腈、丙炔醇和三乙胺质量比为：1∶2∶4，室温下反应24小时。反应结束后，过滤除去所产生的三乙胺盐酸盐，并通过旋转蒸发除去部分溶剂，将溶液在水中沉淀得到炔基聚膦腈白色弹性体，然后又将其溶于四氢呋喃中，再在石油醚中沉淀，如此重复纯化3次。将制得的炔基聚膦腈聚合物溶于N，N-二甲基甲酰胺中，配成质量百分比为5％的聚合物溶液，再向该聚合物溶液中分别加入巯基乳糖和光敏自由基引发剂1-羟基环己苯基甲酮，在紫外光照下反应8小时，其中，炔基聚膦腈、巯基乳糖和光敏自由基光引发剂1-羟基环己苯基甲酮质量比为：1∶1.5∶0.5。经过去离子水透析及冷冻干燥，得到糖基密度为85％的糖基化聚膦腈高分子材料。

实施例6：

将六氯环三膦腈单体在100Pa真空条件下封管将单体封存在聚合管中，然后置于260℃的马弗炉中反应24小时，得到聚二氯膦腈数均分子量为50万。将该聚合物取出后，用正庚烷洗涤除去未反应的单体。然后将聚二氯膦腈溶于四氢呋喃配成质量百分比为2％的聚合物溶液，再分别加入丙炔醇和三乙胺；其中，聚二氯膦腈、丙炔醇和三乙胺质量比为：1∶2∶4，室温下反应24小时。反应结束后，过滤除去所产生的三乙胺盐酸盐，并通过旋转蒸发除去部分溶剂，将溶液在水中沉淀得到炔基聚膦腈白色弹性体，然后又将其溶于四氢呋喃中，再在石油醚中沉淀，如此重复纯化3次。将制得的炔基聚膦腈聚合物溶于N，N-二甲基甲酰胺中，配成质量百分比为2％的聚合物溶液，再向该聚合物溶液中分别加入巯基乳糖和光敏自由基引发剂1-羟基环己苯基甲酮，在紫外光照下反应6小时，其中，炔基聚膦腈、巯基乳糖和光敏自由基光引发剂1-羟基环己苯基甲酮质量比为：1∶2∶0.5。经过去离子水透析及冷冻干燥，得到糖基密度为90％的糖基化聚膦腈高分子材料。

实施例7：

将六氯环三膦腈单体在50Pa真空条件下封管将单体封存在聚合管中，然后置于260℃的马弗炉中反应18小时，得到聚二氯膦腈数均分子量为28万。将该聚合物取出后，用正庚烷洗涤除去未反应的单体。然后将聚二氯膦腈溶于四氢呋喃配成质量百分比为6％的聚合物溶液，再分别加入己炔醇和三乙胺；其中，聚二氯膦腈、己炔醇和三乙胺质量比为：1∶2∶3，室温下反应24小时。反应结束后，过滤除去所产生的三乙胺盐酸盐，并通过旋转蒸发除去部分溶剂，将溶液在水中沉淀得到炔基聚膦腈白色弹性体，然后又将其溶于四氢呋喃中，再在石油醚中沉淀，如此重复纯化3次。将制得的炔基聚膦腈聚合物溶于N，N-二甲基甲酰胺中，配成质量百分比为6％的聚合物溶液，再向该聚合物溶液中分别加入巯基半乳糖和光敏自由基引发剂苯甲酰甲酸甲酯，在紫外光照下反应8小时，其中，炔基聚膦腈、巯基半乳糖和光敏自由基光引发剂苯甲酰甲酸甲酯质量比为：1∶2∶0.5。经过去离子水透析及冷冻干燥，得到糖基密度为95％的糖基化聚膦腈高分子材料。

实施例8：

将六氯环三膦腈单体在200Pa真空条件下封管将单体封存在聚合管中，然后置于260℃的马弗炉中反应24小时，得到聚二氯膦腈数均分子量为48万。将该聚合物取出后，用正庚烷洗涤除去未反应的单体。然后将聚二氯膦腈溶于四氢呋喃配成质量百分比为3％的聚合物溶液，再分别加入己炔醇和三乙胺；其中，聚二氯膦腈、己炔醇和三乙胺质量比为：1∶2∶4，室温下反应24小时。反应结束后，过滤除去所产生的三乙胺盐酸盐，并通过旋转蒸发除去部分溶剂，将溶液在水中沉淀得到炔基聚膦腈白色弹性体，然后又将其溶于四氢呋喃中，再在石油醚中沉淀，如此重复纯化3次。将制得的炔基聚膦腈聚合物溶于N，N-二甲基甲酰胺中，配成质量百分比为3％的聚合物溶液，再向该聚合物溶液中分别加入巯基半乳糖和光敏自由基引发剂1-羟基环己苯基甲酮，在紫外光照下反应8小时，其中，炔基聚膦腈、巯基半乳糖和光敏自由基光引发剂1-羟基环己苯基甲酮质量比为：1∶2∶0.5。经过去离子水透析及冷冻干燥，得到糖基密度为95％的糖基化聚膦腈高分子材料。

Claims

1.一种糖基密度可控的糖基化聚膦腈制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(3)将炔基聚膦腈溶于二甲基甲酰胺中，配制成质量百分比为2～20％的聚合物溶液；再向该溶液中加入巯基糖化合物和光敏自由基光引发剂，炔基聚膦腈、巯基糖化合物、光敏自由基光引发剂质量比为1∶0.01～2∶0.1～0.5；在紫外光照射下反应2～8小时，经透析、冷冻干燥得到糖基化聚膦腈；其中，糖基化聚膦腈糖基密度为5～95％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，反应体系的真空度为20～2000Pa，反应温度为200～260℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)中，炔基化合物是丙炔胺、丙炔醇或己炔醇中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，巯基糖化合物是巯基葡萄糖、巯基甘露糖、巯基乳糖或巯基半乳糖中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，光敏自由基光引发剂是安息香二甲醚、苯甲酰甲酸甲酯或1-羟基环己苯基甲酮中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)后，还包括使用正庚烷洗涤除去未反应的单体。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，反应结束后，先过滤除去所产生的三乙胺盐酸盐，并通过旋转蒸发除去部分溶剂，将溶液在水中沉淀得到炔基聚膦腈白色弹性体；然后又将其溶于四氢呋喃中，再在石油醚中沉淀，如此重复纯化3次，得到炔基聚膦腈。