专利名称：一种基于小分子肽的胆甾型有机凝胶分子及其制备方法
技术领域：
本发明属于超分子化学技术领域，具体涉及一种基于小分子肽的胆留型有机凝胶 分子及其制备方法，该胆留型有机凝胶分子能够在有机溶剂中形成凝胶，且形成的凝胶具 有热稳定性及水稳定性，并且可以对超声作出响应。
背景技术：
有机凝胶(Organogel)是通过凝胶因子之间的超分子作用力例如氢键、静电、疏 水作用等形成了独特的网络状结构，从而可以限制溶剂的流动。这种有机凝胶可以对酸、 碱、光、声等环境刺激因素做出响应，因此有机凝胶在记忆材料、生物标记以及药物传载及 释放等方面具有广泛应用前景。此外，有机凝胶一般都具有比较规整的微纳米结构，可以为 我们设计纳米尺寸器件和新材料提供分子模型和理论依据。因此，设计合成新型的具有环 境刺激响应性的有机小分子凝胶引起科研工作者的广泛关注。目前的凝胶都是通过溶胶_凝胶的方法来制备，该方法制得的凝胶往往溶胶_凝 胶转变温度较低( <溶剂的沸点)，不具有较高的热稳定性，这种缺点会限制这些凝胶的进 一步应用。本发明发展了一种不经过溶液态而制得新型凝胶的方法，该方法通过对传统的 溶胶_凝胶法制得的有机凝胶进行超声，得到了一种新型的性能更为优异的凝胶。该方法 与溶胶_凝胶法相比，时间短，条件温和，不需要加热，常温下即可制得，所得凝胶具有高热 稳定性和水稳定性的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的具有高热稳定性和水稳定性有机凝胶及其制 备方法。本发明提供两类胆留型的有机凝胶化合物。该类化合物的结构特征是以胆留为母 体，萘酐为发色团，小肽作为中间连接部分形成分子间氢键，促进凝胶形成。其结构式为 分子通式为[6-0(CH2) 4N-C12N02-R- (NHCO) - (CH2) n-NHC00_ (C27H43)]；式中R= -CHCH3-COnH- (CH2)m-或-(CH2)m_ (NHCO) -CHCH3-,其中 n，m 为 1 至 6 的
自然数。本发明中，上述化合物的制备方法如下先将含有吗啉功能团的萘酐与氨基酸或 二胺化合物在水或乙醇中加热回流得到萘酐的氨基酸或胺类衍生物，再与连接小肽和胺基的胆留进一步反应获得目标化合物，合成方法简单。分子中的酰胺很容易与聚集体中的分 子形成氢键；其中萘酐是良好的发光团，可以实现溶液或者凝胶状态下的光诱导响应；连 接萘酐和胆留的酰胺或中间不同长度的碳链不仅控制了凝胶对外界刺激的敏感程度而且 增强了该化合物在有机溶剂中的相互作用。此外，这类化合物在有机溶剂中可以形成不同 形状的纳微米结构。下面从几个方面具体描述本发明的技术效果。1.凝胶化合物(凝胶因子)的凝胶性能。该类化合物能在近10种有机溶剂中形成良好的凝胶。本发明中涉及的凝胶化合 物可以有两种形成凝胶的方法1)室温下一定浓度(此处以25毫克/毫升为例)的凝胶 化合物溶液在超声波作用下形成凝胶。2) —定浓度(25毫克/毫升)的凝胶化合物在有机 溶剂中加热至溶解状态(120°C)，冷却至室温后形成凝胶。根据实验测试，该类化合物在浓 度为15 30毫克/毫升的情况下在表1所列大部分溶剂中均可成胶。这两种凝胶都是热 力学可逆的，加热后变成可流动的溶胶。其中由方法1获得的溶胶冷却后仍为溶胶，超声变 为凝胶；而由方法2获得的溶胶冷却后直接可逆变为凝胶。具体凝胶性能见表1。表1 凝胶的性能[a] a 化合物 A :R = -CHCH3-C0NH-(CH2)m-，m = 6，n = 2 ；化合物 B :_(CH2) m-(NHC0)-CHCH3-,m = 6,n = 2 ；A或B在溶剂中加热至溶解，然后冷却，等待半小时，即形成 凝胶(25mg/mL)。2.化合物(R = -CHCH3-C0NH-(CH2)m-，m = 6，n = 2)在溶液态和凝胶态的荧光行 为。化合物在乙腈(10_4M)中最大发射峰在551nm，在乙腈中形成的沉淀(25mg/mL)的 最大发射峰在541nm，其超声后形成的凝胶最大发射峰在531nm，相对于溶液态，表现出了较大的蓝移。3.化合物 A(R = -CHCH3-CONH-(CH2)m-, m = 6，n = 2)和 B(R = -(CH2) m-(NHC0)-CHCH3-，m = 6，n = 2)凝胶的扫描电镜图。A化合物在乙腈中的沉淀是一种不规则的囊泡，在小于70度的条件下超声后都可 以形成不透明的凝胶，超声后的凝胶结构在SEM下是一种致密的高度螺旋的3D纤维，具有 很高的热稳定性。A化合物在非极性溶剂甲苯能形成稳定的透明凝胶。通过溶胶-凝胶过程 得到的纳米级的纤维堆积成了一种捆状结构，超声后这种结构可以被编织成六边形结构。B在乙腈中形成了一种独特的核壳结构，是一种扭曲螺旋的纤维包裹微米球的结 构，这种凝胶具有高度的热稳定性。这种结构经过超声后可以把作为核的球释放出来，并进 一步自组装成高度螺旋的纤维。B化合物在非极性溶剂甲苯中能形成很稳定的透明凝胶，是 一种很长的宽度在lOOnm左右的纤维。超声后该纤维可以被切割成宽度在20-40nm的纤维。 凝胶化合物的扫描电镜说明了凝胶分子在形成凝胶的过程中采取二维层状的堆积方式。
4.凝胶的热稳定性和水稳定性测试在乙腈中凝胶和超声后得到的凝胶的溶胶_凝胶转变温度均> 100度，这个温度 远大于乙腈的沸点，所以说这些凝胶具有较高的热稳定性；当在凝胶界面上加入水后，其界 面保持至少2周而不会破坏，说明在乙腈中形成的凝胶具有很高的水稳定性。
图1 凝胶化合物(R = -CHCH3-C0NH-(CH2)m-，m = 6, n = 2)在乙腈中的溶液态 (10_4M)和凝胶态(25mg/L)的荧光光谱。图2 :化合物(R = -(CH2)m-(NHC0)-CHCH3-，m = 6,n = 2)在乙腈中形成凝胶的扫 描电镜图。图3 化合物(R = -(CH2)m-(NHC0)-CHCH3-，m = 6,n = 2)在乙腈中形成凝胶的透 射电镜图。图4 :化合物(R = -(CH2)m-(NHC0)-CHCH3-，m = 6,n = 2)在乙腈中形成的凝胶超 声之后得到的新凝胶的扫描电镜图。
具体实施例方式下面进一步说明凝胶化合物的制备方法。下述所有原料可以是自制或市售。实施例1凝胶因子A(R = -CHCH3-C0NH-(CH2)m-，m = 6, n = 2)的合成及凝胶制备。
N- (R) -2-丙酸-4-吗啉基-1，8_萘酐⑵的制备(I)L-丙氨酸(251. 2mg，2. 82mmol)和 Na0H(113mg，2. 83mmol)的乙醇溶液在 40°C 下搅拌20分钟，然后加入4-吗啉-1，8-萘酰亚胺(800mg，2. 82mmol)，N2保护下加热回流 24小时，反应产物浓缩除去乙醇，用稀盐酸调至pH = 6-7，粗产物经柱层析提纯得到纯品， 产率(469mg,47% )。熔点:148-150°C ·1H NMR (400MHz, CDCl3) δ 1· 68-1. 69 (d，3Η，J = 7. 2Hz)，3· 26-3. 28 (t，4H，J = 4. 4Hz)，4. 01-4. 04(t，4H，J = 4. 4Hz)，5. 78-5. 83 (m，1H)，7. 23-7. 25 (d，1H，J = 8Hz)，
7.69-7. 73 (t, 1H, J = 8Hz)，8. 43-8. 45 (d，1H，J = 8Hz)，8. 53-8. 55 (d，1H，J = 8Hz)，
8.58-8. 60 (d, 1H, J = 6. 4Hz). 13C (100MHz, CDCl3) δ 14. 59,48. 76,53. 45,66. 92，115. 07， 116. 80，123. 01，125. 92，126. 15，130. 07，130. 46，131. 66，133. 04，155. 92，163. 17，163. 67， 175. 28 ；MS (ESI)calcd for C19H18N2O5 :354. 12 ；Found :354. 9.(2)N-氨基丙酸甲脂-胆甾(3)的制备3-氨基丙酸甲脂的盐酸盐(822mg，5.91mmol)，10mL三乙胺的二氯甲烷溶液搅拌 半小时，然后加入胆留酰氯(2.6g，5.91mmol)，继续搅拌过夜，产物经柱层析提纯得到纯品 (1. 36g，产率 45% )。熔点106-108°C .1H NMR(400MHz，CDCl3) δ 0. 68 (s，3H)，0. 85-0. 86 (d，J = 1. 6Hz, 3H),
0.87-0. 88 (d, J = 1· 6Ηζ，3Η)，0· 91-0. 92(d，J = 6· 4Hz，3Η)，0· 92—1. 61 (m，23Η)，
1.78-2. 0(m，5H)，2. 23-2. 4(m，2H)，2. 5-2. 6(t，J = 11. 6Hz，2Η)，3. 42-3. 46 (m，J = 6Hz, 2Η)，3· 70(s，3H)，4· 46-4. 50 (m, 1Η)，5· 0(s，1Η)，5. 36-5. 38 (t, J = 2. 4Hz, 1Η). 13C (100MHz, CDCl3) δ 11. 87，18. 73，19. 33,21. 06,22. 57,22. 82,23. 85,24. 30,28. 02,28. 16,28. 24， 31. 90,31. 92,34. 37,35. 81,36. 20,36. 37,36. 58,37. 00,38. 55,39. 54,39. 76,42. 33， 50. 04，51. 78，56. 16，56. 72，74. 45，122. 50，139. 85，156. 03，172. 85 ；MALDI-T0F-MS calcd for C32H53NO4 :515. 4. Found :538· 4[M+Na+] ·(3)4 的制备将上步产物3 (400mg, 0. 80mmol)溶于2mL CH2Cl2和IOmL CH3OH中，然后逐滴加入到己二胺(818mg，7.05mmol)的甲醇溶液中，室温搅拌7天，产物浓缩，经柱层析得到纯品 (230mg, yield 40% )。熔点216_218°C。匪R(CDC13) 8 0. 67(s，3H)，0. 85-0. 86 (d, J = 1. 6Hz，3H)，0. 87 (d, J = 1. 2Hz, 3H)，0. 90-0. 92 (d, J = 6. 4Hz,3H)，0. 95-2. 02 (m, 39H)，2. 22-2. 41 (m, 4H)，3. 23-3. 27 (q, 2H), 3. 42-3. 47(q，2H)，4. 44-4. 49 (m, 1H)，5. 35-5. 39 (m, 1H). 13C (CDC13) 8 11. 88，18. 73， 19. 36，21. 06，22. 59，22. 85，23. 87，24. 30，25. 73，28. 03，28. 18，28. 25，29. 28，29. 72， 31. 88,31. 92，35. 82,36. 20,36. 28,36. 58,37. 00,38. 60,38. 85,39. 53,39. 75,42. 33， 50. 02，56. 16，56. 71，74. 41，122. 50，139. 87，156. 43，171. 40.(4)目标产物A的制备将上一步产物4(391mg，0. 67mmol)，N_(R)_2_丙酸-4-吗啉基-1，8_萘酰亚胺 (391mg，0. 67mmol)，DCC (274mg，2mmol)，禾口 HOBt (134mg, 2mmol)的二氯甲烷溶液搅拌 24 小 时，产物浓缩，经柱层析得到纯品(313mg, Yield 50% ) 0熔点185_187°C。NMR(CDC13) 6 0. 68 (s, 3H), 0. 86-0. 87 (d, 3H, J = 1. 6Hz) ,0. 88(d,3H, J = 1. 6Hz)，0. 91-0. 93(d，3H，J = 6. 4Hz)，0. 99-2. 34 (m, 42H), 3. 18-3. 22 (m，2H)，3. 28-3. 30 (t, 4H, J = 4. 4Hz)，3. 31-3. 37(m，4H)，4. 02-4. 04(t，4H，J = 4. 8Hz)，4. 41-4. 49 (m，1H)，
5.35-5. 36 (m, 1H)，5. 71-5. 76 (m, 1H)，5. 94 (s, 1H)，6. 30-6. 33 (m, 1H)，7. 24-7. 26 (d, 1H, J =8. 4Hz)，7. 70-7. 74 (t, 1H, J = 8Hz)，8. 44-8. 46 (d, 1H, J = 8. 4Hz)，8. 52-8. 54 (d, 1H, J =8Hz) ,8. 57-8. 59 (d, 1H, J = 7. 2Hz). 13C (CDC13) 8 11. 87,14. 57,18. 45,18. 73,19. 34, 21. 05，22. 58，22. 83，23. 85，24. 30，25. 16，25. 38，28. 02，28. 17，28. 24，29. 05，29. 36， 29. 71，31. 88，31. 92，35. 81，35. 87，36. 20，36. 57，37. 00，37. 05，38. 44，38. 59，38. 84， 39. 53，39. 76，42. 33，50. 03，50. 18，53. 44，56. 16，56. 71，66. 95，74. 25，115. 03，116. 86， 125. 92，126. 09，130. 04，130. 47，131. 53，132. 95，139. 91，156. 00，163. 62，164. 11，170. 24， 171. 39. MALDI-TOF-MS calcd for C56H81N507 :935. 61. Found :958. 7 (M+Na+). Anal. Calcd for :C56H81N507 2Me2C0 :C 70. 55%, H 9. 17%, N,6. 64% ；Found :C 70. 57%, H 9. 03%, N,
6.83% .实施例2凝胶因子B (R = - (CH2)m- (NHC0) _CHCH3_，m = 6, n = 2)的合成及凝胶制备 (1)N-氨基丙酸胆甾(5)的制备3-氨基丙酸(lg，2mmol)，水合氢氧化锂((2. 5g，60mmol)放入25mL水和2mL四氢 呋喃的混合溶剂中，室温搅拌48小时。产物浓缩，用盐酸调pH = 2-3，得到白色固体(0. 6g， yield 62% ) 熔点112_114°C。NMR(CDC13) 6 0. 68(s,3H) ,0. 85-0. 86 (d, J = 2Hz,3H) ,0. 87-0. 88 (d, 3H, J = 4. 6Hz) ,0. 91-0. 92 (d, J = 9. 6Hz，3H)，0. 95-1. 61 (m，24H)，1. 81-2. 02 (m，5H)， 2. 20-2. 61 (m，4H)，3. 45-3. 46(m，2H)，4. 80-4. 53 (m, 1H)，5. 37-5. 38 (m, 1H). 13C (CDC13) 8 8. 68,11. 87，18. 73，19. 34,21. 05,22. 57,22. 83,23. 84,24. 30,28. 03,28. 20,31. 90， 34. 36，35. 81，36. 20，36. 57，37. 00，38. 55，39. 53，39. 75，42. 33，45. 89，50. 03，51. 80， 56. 15，56. 71，74. 46,122. 51,139. 84,156. 04,172. 89. MALDI-TOF-MS calcd for C31H51N04 501. 38. Found :522. 7 (M+Na+).(2) N- ((R) -2-丙酸基-氨基甲酰基-己基)_氨基甲酸-叔丁基_4_吗啉基_1， 8_萘酐(7)的制备:N-(6-氨基己基)-4-吗啉基-1，8-萘酐(500mg，1.31mmOl)，BOC-L-丙 氨酸(248mg, 1. 31mmol), DCC (538. 4mg，3. 93mol)，HOBt (265. 3mg,3. 93mmol)的 二氯甲 烷溶液室温搅拌24小时，产物经浓缩，柱层析的到纯品(521mg，yield :72%)。熔点 134-136°C。NMR(CDC13) 6 1. 36-1. 37 (d, 3H) , 1. 40-1. 42 (m, 2H) , 1. 44 (s , 9H), 1. 49-1. 54 (m, 2H)，1. 72-1. 78 (m, 4H)，3. 10-3. 11 (m, 2H)，3. 26-3. 29 (t, 4H, J = 4. 4Hz)， 4. 02-4. 04 (t,4H, J = 4. 4Hz)，4. 15-4. 18 (t, 2H, J = 7. 6Hz)，5. 08-5. 12 (m, 1H)， 7. 24-7. 26 (d, 1H, J = 8Hz)，7. 69-7. 73 (q, 1H)，8. 43-8. 45 (d, 1H, J = 8. 4Hz)，8. 53-8. 55 (d, 1H, J = 8Hz) ,8. 59-8. 60 (d, 1H, J = 7. 2Hz). 13C (CDC13) 8 18. 55,26. 19,26. 40,27. 81, 28. 35,29. 20,39. 25,39. 92,53. 47,66. 98, 115. 02, 117. 21, 123. 34，125. 89，126. 16，129. 89，130. 07，131. 22，132. 57，155. 61, 164. 03，164. 48，172. 58. MS (ESI)calcd for C19H18N205 354. 12 ；Found :354. 9.(3)目标产物B的制备三氟乙酸(TFA，4.3mL)加入到上一步产物 7 (300mg，0，65mmol)的 CH2C12 (5mL)溶 液中，室温搅拌过夜。浓缩后的产物加入20mL干燥的二氯甲烷并用三乙胺调至pH = 7-8， 然后加入 DCC(267. 2mg, 1. 95mmol)，HOBt (131. 6mg, 1. 95mmol)和 N_ 氨基丙酸胆甾，反应液 继续搅拌24小时，反应产物经浓缩，柱层析得到黄色纯品。熔点158-160°C。NMR(CDC13) 6 0. 77(s，3H)，0. 96(d，3H，J= 1. 6Hz) ,0. 97-0. 98(d, J= 1. 6Hz)， 1. 04-2. 15 (m, 42H)，2. 31-2. 46 (m, 2H)，2. 55-2. 57 (t, 2H, J = 5. 6Hz)，3. 30-3. 32 (m, 2H)，3. 37-3. 39(t，4H，J = 4. 4Hz)，3. 55-3. 60 (m，2H)，4. 12-4. 14 (t，4H，J = 4. 4Hz)， 4. 25-4. 29(t，2H，J = 7. 6Hz) ,4. 54-4. 61 (m, 1H) ,5. 45-5. 46 (m, 1H) ,6. 44(s, 1H)， 6. 53-6. 55 (m, 1H)，7. 34-7. 36 (d, 2H, J = 8Hz)，7. 80-7. 84 (t, 1H, J = 7. 6Hz)，8. 53-8. 55 (d, 1H, J = 8. 4Hz) ,8. 63-8. 65 (1H, J = 8Hz)，8. 69-8. 70 (d，1H，J = 7. 2Hz) ；13C(CDC13) 8 11. 86，18. 55，18. 72，19. 32,21. 04,22. 57,22. 82,23. 85,24. 28,26. 10,26. 31,27. 79， 28. 01，28. 16，28. 23，29. 04，31. 87，31. 89，35. 80，36. 20，36. 55，37. 00，38. 56，39. 31， 39. 53，39. 74，39. 91，42. 31，48. 89，50. 01，53. 47，56. 16，56. 69，67. 00，74. 41，115. 01， 117. 12，122. 48，123. 30，125. 89，126. 15，129. 89，130. 13，131. 24，132. 61，139. 81，155. 70， 156. 31，164. 06，164. 51，172. 14. MALDI-TOF-MS calcd for C56H81N507 :935. 61, Found 958. 8 (M+Na.)
权利要求
一种基于小分子肽的胆甾型有机凝胶分子，其特征在于萘酐为发色团和芳香体系，胆甾为疏水基团，小肽作为两者中间的连接体，其具体结构如下分子通式为[6-O(CH2)4N-C12NO2-R-(NHCO)-(CH2)n-NHCOO-(C27H43)]；式中R＝-CHCH3-CONH-(CH2)m-或-(CH2)m-(NHCO)-CHCH3-，n、m取1至6的自然数。dest_path_FSB00000229655800011.tif
2.一种如权利要求1所述的基于小分子肽的胆留型有机凝胶分子的制备方法，其特征 在于先将含有吗啉功能团的萘酐与氨基酸或二胺化合物在水或乙醇中加热回流得到萘酐 的氨基酸或胺类衍生物，再与连接小肽和胺基的胆留进一步反应获得目标化合物。
3.—种如权利要求1所述的基于小分子肽的胆留型有机凝胶分子在制备有机凝胶中 的应用，其特征在于所述凝胶分子既能(1)在有机溶剂中加热至溶解状态，冷却至室温后形成凝胶；又能(2)在室温溶解于有机溶剂的情况下通过超声，形成凝胶；并且(3)在状态(1)完成的情况下对已经形成的凝胶进行超声，形成新的凝胶。
4.根据权利要求3所述的胆留类有机凝胶分子在制备凝胶中的应用，其特征在于所述 有机溶剂为甲醇、乙醇、丁醇、戊醇、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、二甲苯和苯。
5.根据权利要求3所述的胆留类有机凝胶分子在制备凝胶中的应用，其特征在于所述 有机凝胶分子的凝胶浓度为15 30毫克/毫升。
全文摘要
本发明属于超分子化学技术领域，具体涉及一种基于小分子肽的胆甾型有机凝胶分子及其制备方法，该胆甾型有机凝胶分子能够在有机溶剂中形成凝胶，且形成的凝胶具有热稳定性及水稳定性，并且可以对超声作出响应，实现由超声诱导的凝胶到凝胶的转变。该有机凝胶分子分为三部分1)萘酐部分作为发光团；2)中间的小肽作为形成分子间氢键的功能团；3)具有生物相容性的甾体部分作为凝胶因子及疏水基团。通过溶胶-凝胶过程，这类分子能在乙腈，乙醇，苯，甲苯，丙酮等近10种有机溶剂中形成良好的凝胶，呈现出核壳、实心球、缺陷球、纳米纤维、微米纤维等丰富的微纳米级的宏观形貌，且形貌规整，重复性好。该类有机荧光凝胶在纳米材料制备、药物载体与运输、生物标记等方面具有一定的应用价值。
文档编号C07J9/00GK101875683SQ201010179338
公开日2010年11月3日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者余旭东, 兰海闯, 刘斌, 吴君臣, 易涛, 曹新华 申请人:复旦大学