专利名称：一种树枝化壳聚糖衍生物及其制备方法
技术领域：
本发明属于功能高分子材料领域，具体涉及一种树枝化壳聚糖衍生物，及通过点 击化学途径制备树枝化壳聚糖衍生物的方法。
背景技术：
壳聚糖(chitosan，CS)是一种重要的可再生天然聚多糖，在自然界中含量仅次于 纤维素。由于它具有优良的生物降解性和生物相容性，且可进行化学与物理修饰，因而在生 物医学材料、护肤化妆品、纺织材料等领域有广阔的应用前景。但未经改性的壳聚糖仅溶 于某些稀酸，如盐酸、醋酸、乳酸、苯甲酸、甲酸等，不溶于水及碱溶液，且其功能基团相对有 限，从而极大地限制了该类聚多糖的进一步研究开发与实际应用。如何通过化学或物理改 性手段，赋予壳聚糖良好的水溶性和突出的功能性，是目前壳聚糖研究领域值得关注和探 讨的重要课题。树枝状大分子(Dendrimers)是近年来出现的一类新型合成高分子，具有高度 支化、结构规整可控、功能位点多等特性，特别适用于有机聚合物材料的功能化改性研究 (Frauenrath, H. Progress in Polymer Science, 2005，30 :325)。迄今为止，已报道的改 性材料大都集中在合成类有机高分子体系，如具有优良光电性能的树枝化聚芴(Fu，Y.； Li, Y. ；Li, J. ；et al. Macromolecules，2004，37 :6395)、可电致发光的树枝化聚苯乙炔 (Kimoto, A. ；Masachika, K. ；Cho, J. ；et al. Chemistry of Materials, 2004,16 5706)以 及基于无规共聚环胺的树枝化聚合物催化载体(Helms，B. ；Liang, C. 0. ；Hawker, C. J. ；et al. Macromolecules, 2005, 38 5411)等，很少见有关于壳聚糖等天然聚多糖的树枝化研究 艮道。曰本学者 Sashiwa 等(Sashiwa, H. ；Shigemasa, Y. ；Roy. R, ‘ Macromolecules, 2001, 34 39105)曾就壳聚糖的树枝化途径进行了初步探索，他们先合成带有醛基和具有间隔结 构的树枝状唾液酸分子，然后通过N-烷基的还原与壳聚糖发生反应；但因空间位阻效应， 该树枝状大分子的接枝效率随其代数增加而显著下降，且不易得到较高代数的树枝化改性 产物。因此，选择合适可行的制备方法，对于获得功能性树枝化聚多糖衍生物至关重要。^^it^ (click chemistry) (Kolb, H. C. ；Finn, Μ. G. ；Sharpless, K. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2001,40 :2004)，又称链接化学，是一种通过高效率和高选择性的化学转变来 实现碳杂原子连接(C-X-C)、以快速合成各类新化合物的组合化学新方法。目前，点击化学 技术已成功应用于超分子组装、功能材料制备、蛋白质组学和生物偶联等领域。但迄今为 止，通过点击化学反应来制备树枝化聚多糖衍生物尚未见报道。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种树枝化壳聚 糖衍生物。本发明通过点击化学反应选择性地将阳离子型聚酰胺_胺树枝状大分子接枝到 壳聚糖糖单元的6-羟基上，所得树枝化壳聚糖衍生物不仅具有良好的水溶性，而且键合的 聚酰胺_胺树枝状大分子可赋予其优异的功能性，使在基因治疗、药物控释和抗菌等领域具有潜在应用价值。本发明的另一目的在于提供一种树枝化壳聚糖衍生物的制备方法，该制备方法反 应条件温和、高效、有选择性。本发明的目的通过下述技术方案实现一种树枝化壳聚糖衍生物的分子式为
权利要求
1.一种树枝化壳聚糖衍生物，其特征在于分子式如下
2.权利要求1所述一种树枝化壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤(1)不同代数的含炔基聚酰胺-胺树枝状大分子的合成a、0.5代聚酰胺-胺树枝状大分子的合成冰水浴，氮气保护下，将丙炔胺的甲醇溶液 缓慢滴入丙烯酸甲酯的甲醇溶液中，滴加完成后，先在0°C下搅拌反应1 2小时，然后在室 温下搅拌反应24 36小时，反应结束后，旋转蒸发除去未反应的丙烯酸甲酯与甲醇，真空 干燥，得到0. 5代聚酰胺-胺树枝状大分子；b、l代聚酰胺-胺树枝状大分子的合成冰水浴，氮气保护下，将0.5代聚酰胺-胺树枝 状大分子的甲醇溶液缓慢滴入乙二胺的甲醇溶液中，滴加完成后，先在0°C下搅拌反应1 2小时，然后在室温下搅拌反应24 36小时，反应结束后，旋转蒸发除去未反应的乙二胺与 甲醇，真空干燥，得到1代聚酰胺_胺树枝状大分子；c、2代聚酰胺-胺树枝状大分子的合成1代聚酰胺_胺树枝状大分子的甲醇溶液和 丙烯酸甲酯的甲醇溶液进行迈克尔加成反应，冰水浴，氮气保护下，将1代聚酰胺-胺树枝 状大分子的甲醇溶液缓慢滴入丙烯酸甲酯的甲醇溶液中，滴加完成后，先在0°C下搅拌反应 1 2小时，然后在室温下搅拌反应24 36小时，反应结束后，旋转蒸发除去未反应的丙烯 酸甲酯与甲醇，真空干燥，得到1.5代聚酰胺-胺树枝状大分子，然后1.5代聚酰胺-胺树 枝状大分子和过量的乙二胺反应，冰水浴，氮气保护下，将1. 5代聚酰胺-胺树枝状大分子 的甲醇溶液缓慢滴入乙二胺的甲醇溶液中，滴加完成后，先在0°C下搅拌反应1 2小时，然 后在室温下搅拌反应36 48小时，反应结束后，旋转蒸发除去未反应的乙二胺与甲醇，真 空干燥，得到2代聚酰胺-胺树枝状大分子；d、3代聚酰胺-胺树枝状大分子的合成2代聚酰胺-胺树枝状大分子和丙烯酸甲酯进行迈克尔加成反应，冰水浴，氮气保护下，将2代聚酰胺-胺树枝状大分子的甲醇溶液缓慢滴入丙烯酸甲酯的甲醇溶液中，滴加完成后，先在0°C下搅拌反应1 2小时，然后在室温 下搅拌反应24 36小时，反应结束后，旋转蒸发除去未反应的丙烯酸甲酯与甲醇，真空干 燥，得到2. 5代聚酰胺-胺树枝状大分子，然后2. 5代聚酰胺-胺树枝状大分子和过量的乙 二胺反应，冰水浴，氮气保护下，将2. 5代聚酰胺-胺树枝状大分子的甲醇溶液缓慢滴入乙 二胺的甲醇溶液中，滴加完成后，先在0°C下搅拌反应1 2小时，然后在室温下搅拌反应 36 48小时，反应结束后，旋转蒸发除去未反应的乙二胺与甲醇，真空干燥，得到3. 0代聚 酰胺-胺树枝状大分子；(2)6-叠氮-N-氨基-壳聚糖的合成e、N-邻苯二甲酰胺基-壳聚糖的合成氮气保护下，壳聚糖和邻苯二甲酸酐溶于N， N-二甲基甲酰胺与水的混合溶剂中，在100 120°C下搅拌反应8 10小时，反应结束后， 冷却至室温，用冰水沉淀，过滤，将所得产物用甲醇多次洗涤，真空干燥，得到N-邻苯二甲 酰胺基_壳聚糖；f、6_溴代-N-邻苯二甲酰胺基-壳聚糖的合成氮气保护下，冰水浴中将N-溴代琥珀 酰亚胺，三苯基膦和N-邻苯二甲酰胺基-壳聚糖溶于N-甲基-吡咯烷酮中，在70 80°C搅 拌反应4 6小时，反应结束后，将产物离心，过滤，用丙酮多次洗涤，真空干燥，得到6-溴 代-N-邻苯二甲酰胺基-壳聚糖；g、6-叠氮-N-邻苯二甲酰胺基-壳聚糖的合成氮气保护下，叠氮钠和6-溴代-N-邻 苯二甲酰胺基-壳聚糖溶于N-甲基-吡咯烷酮中，在60 80°C搅拌反应8 12小时，反应 结束后，将产物过滤，用乙醇沉降，离心收集产物，并用丙酮多次洗涤，真空干燥，得到6-叠 氮-N-邻苯二甲酰胺基-壳聚糖；h、6-叠氮-N-氨基-壳聚糖的合成氮气保护下，6-叠氮-N-邻苯二甲酰胺基-壳聚 糖溶于一水合胼与N-甲基-吡咯烷酮的混合溶剂中，在90 100°C搅拌反应4 5小时， 反应结束后，将反应产物用乙醇沉淀，多次洗涤，真空干燥，得到6-叠氮-N-氨基-壳聚糖；(3)、树枝化壳聚糖衍生物的合成将6-叠氮-N-氨基-壳聚糖，1代、2代或3代含炔基聚酰胺_胺树枝状大分子和催 化剂五水硫酸铜，抗坏血酸钠溶于N，N-二甲基甲酰胺和水的混合溶剂中，氮气保护下，在 40 50°C搅拌反应16 24小时，反应结束后，将反应产物透析，冷冻干燥，得到不同代数 的树枝化壳聚糖衍生物。
3.权利要求2所述一种树枝化壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于所述步骤a中 丙炔胺的氨基与丙烯酸甲酯的摩尔比、步骤c中1代聚酰胺-胺树枝状大分子的外围末端 氨基与丙烯酸甲酯的摩尔比及步骤d中2代聚酰胺-胺树枝状大分子的外围末端氨基与丙 烯酸甲酯的摩尔比为1 3 1 5，步骤a中丙炔胺甲醇溶液、步骤c中1.5代聚酰胺-胺 树枝状大分子的甲醇溶液及步骤d中2代聚酰胺-胺树枝状大分子的甲醇溶液的滴入速度 为0. 5 1. OmL/分钟，步骤a中滴加完成后的甲醇溶液中每IOmL甲醇溶液中含有1. 0 1. 2g丙炔胺、步骤b中滴加完成后的甲醇溶液中每IOmL甲醇溶液含有1. 1 1. 5g 1. 5代 聚酰胺-胺树枝状大分子及步骤d中滴加完成后的甲醇溶液中每IOmL甲醇溶液含有1. 1 1.5g 1.5代聚酰胺-胺树枝状大分子。
4.权利要求2所述一种树枝化壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于所述步骤b中－0. 5代聚酰胺-胺树枝状大分子外围末端酯基与乙二胺的摩尔比、步骤c中1. 5代聚酰 胺_胺树枝状大分子的外围末端酯基与乙二胺的摩尔比及步骤d中2. 5代聚酰胺-胺树 枝状大分子的外围末端酯基与乙二胺的摩尔比为1 10 1 15，步骤b中0.5代聚酰 胺-胺树枝状大分子甲醇溶液、步骤c中1. 5代聚酰胺-胺树枝状大分子甲醇溶液及步骤d 中2. 5代聚酰胺-胺树枝状大分子甲醇溶液的滴入速度为0. 5 1. OmL/分钟，步骤b中滴 加完成后的甲醇溶液中每IOmL甲醇溶液中含有1. 1 1. 5g 0. 5代聚酰胺-胺树枝状大分 子、步骤c中滴加完成后的甲醇溶液中每IOmL甲醇溶液含有1. 1 1. 5g 1. 5代聚酰胺-胺 树枝状大分子及步骤d中滴加完成后的甲醇溶液中每IOmL溶液含有1. 1 1. 5g 2. 5代聚 酰胺-胺树枝状大分子。
5.权利要求2所述一种树枝化壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于所述步骤e中 壳聚糖的重均分子量为10000 14000，脱乙酰度为70 90%，壳聚糖和邻苯二甲酸酐的 摩尔比为1 3 1 5，N，N-二甲基甲酰胺与水的混合溶剂的体积比为95 5 90 10， 壳聚糖溶于混合溶剂形成的质量体积比浓度为0. 05 0. 06g/ml，邻苯二甲酸酐溶于混合 溶剂形成的质量体积比浓度为0. 15 0. 20g/ml。
6.权利要求2所述一种树枝化壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于所述步骤f中 N-邻苯二甲酰胺基-壳聚糖，N-溴代琥珀酰亚胺与三苯基膦的摩尔比为1 10 10 1 12 12，N-邻苯二甲酰胺基-壳聚糖溶解于N-甲基-吡咯烷酮形成的质量体积比浓 度为0. 01 0. 02g/ml，搅拌为磁力搅拌，转速为600 1200转/分钟。
7.权利要求2所述一种树枝化壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于所述步骤g中 6_溴代-N-邻苯二甲酰胺基-壳聚糖和叠氮钠的摩尔比为1 10 1 12，6-溴代-N-邻 苯二甲酰胺基-壳聚糖溶解于N-甲基-吡咯烷酮的形成质量体积比浓度为0. 01 0. 02g/ mL，搅拌为磁力搅拌，转速为600 1200转/分钟。
8.权利要求2所述一种树枝化壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于所述步骤h中 N-甲基-吡咯烷酮与一水合胼的体积比为1 1 1 1.2，6-叠氮-N-氨基-壳聚糖溶 解于N-甲基-吡咯烷酮与一水合胼的混合溶剂形成质量体积比浓度为5 6mg/mL。
9.权利要求2所述一种树枝化壳聚糖衍生物的制备方法，其特征在于所述步骤(3) 中，6-叠氮-N-氨基-壳聚糖与1代、2代或3代含炔基聚酰胺_胺树枝状大分子的摩尔比 为1 3 1 5，催化剂五水硫酸铜与抗坏血酸钠的摩尔比是1 2 1 2. 5，混合溶 剂中N，N-二甲基甲酰胺和水的体积比为5 1 6 1，6-叠氮-N-氨基-壳聚糖溶于混 合溶剂形成质量体积比浓度为5 6mg/mL，五水硫酸铜溶于混合溶剂形成质量体积比浓度 为3 4mg/mL，透析条件为3500Da透析袋透析48 72小时。
全文摘要
本发明公开了一种树枝化壳聚糖衍生物，其制备方法为利用邻苯二甲酸酐保护壳聚糖的2位氨基；然后通过N-溴代琥珀酰亚胺对壳聚糖6位羟基进行修饰，合成6-溴代-N-邻苯二甲酰胺基-壳聚糖；再通过叠氮钠的取代反应合成出6-叠氮-N-邻苯二甲酰胺基-壳聚糖；进一步利用一水合肼对壳聚糖的2位胺基脱保护，制备6-叠氮-N-氨基-壳聚糖；然后将壳聚糖衍生物与含炔基的聚酰胺-胺树枝状大分子进行点击化学反应，合成树枝化壳聚糖衍生物。本发明制备反应条件温和、易于实施，而且高效、具有选择性。本发明制备的衍生物具有良好的水溶性、生物降解性和生物相容性，可化学修饰性(胺基)和抗菌性，所以其在生物医药领域具有潜在的应用价值。
文档编号A61K49/12GK102002117SQ20101051599
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者张黎明, 邓俊杰, 麦开锦 申请人:中山大学