专利名称：：一种用n-杂环卡宾催化制备肽的方法
技术领域：
：本发明属于高分子材料领域，具体涉及使用7V-杂环卡宾催化制备肽的方法。技术背景肽是一类低毒、生物相容性好、容易被有机体吸收代谢的生物降解材料，广泛应用于工、农、医等各领域。肽的制备主要有化学合成法与生物法，化学合成法制备肽更快速，可控，消耗小。因此化学合成肽得到广泛的关注和研究。肽的制备方法目前已有大量的研究。固相合成多肽法是传统的一种方法，但是它不能直接制备出大分子量的多肽OIOO残基)。所以最经济与最方便制备长链多肽的方法是聚合a-氨基酸-N-羧基内酸酐(NCA)。1940年以来，利用NCA来大规模的制备高分子量的肽已经一项最普通的技术。早期NCA的聚合使用许多不同的亲核与碱性化合物作为引发剂丌环聚合NCA，H.R.Kricheldorf等人(Afotfe/so/Wopo/ymen^Az'"g-opem'"g/Jo/ywerfeoHow,1990,Penczek,S.Ed.,CRCPress,BocaRaton)中提到最普通的引发剂是伯胺与醇盐阴离子。但是该类方法中存在反应难控制问题，一旦引发剂引发反应，它就失去了活性，剩余的胺类，氨基甲酸盐，或者NCA阴离子就会发生很多副反应.R.D.Lundberg等C/owr朋/o/C/7e脂'c"/Soc&(y,1957，79,3961-3972)制备得到的肽分子量分布很大(Mw/Mn=4-10)。后来TiomothyJ.Deming等(Nature390-386;US20080125581Al;US6680365;US6680365B1;US6686446B2;US7329727B2)利用过渡金属合成物来有效的控制NCA的聚合。该反应过程是活性聚合过程，所得到的肽分子量分布小，分子量可控，但是反应产物中存在金属残料，因此在生物医学与微电子等领域的应用受到限制。近几年来，一些新的方法也已经被用來有效控制NCA的聚合。这些方法都是对经典的伯胺引发聚合做了改进。T.AUferis等CBiowa"owoiecwk，2004,5,1653)报道了在高真空条件下聚合NCA。由于高真空条件下反应物得到更好的纯化，因此发生副反应的机会较少。但是该方法操作比较繁琐，对设备要求较高，不适合大规模生产。W.Vayaboury等(A^cra/no/ia;WOwwmm，2004,25,1221)报道了在0°C下对NCA进行反应是线性聚合。但是该反应反应时间较长，需要1周。卡宾是一类高效有机催化剂，近年来备受化学家关注。GW.Nyce等(乃,""/Ae』wer,'ca"C7^/w'ca/2003,125,3046)利用亲核的,杂环卡宾(NHC)作为活性催化剂开环聚合丙交酯得到聚酯，为iV-杂环卡宾作为催化聚合a-氨基酸-N-羧基内酸酐奠定了基础。但是W-杂环卡宾及其活泼，对空气跟水非常敏感，在空气中的寿命仅为几秒，直接用它催化聚合，难以操作。为了克服这个弊端，化学家们对iV-杂环卡宾的储存形势进行了较多的研究。Connor等(EricF.Con加r等.Jow簡/6>/Ae4mm'函C7zewfco/Soc—,2002,124,914)以唑盐作为A^杂环卡宾前体，首先在强碱叔丁醇钾等的作用下生成相应的7V-杂环卡宾，然后在惰性气体保护下过滤得到W-杂环卡宾。HungA.Duong等(C/jem!'ra/Cowmmk""^ra,2004,112)还发现W-杂环卡宾与C02反应可以生成对空气与水稳定的卡宾二氧化碳加合物。在一定温度下，一宾二氧化碳加合物可以直接在反应溶剂中脱去C02,释放出有活性的卡宾。目前还没有用卡宾作为催化剂开环聚合NCA，更没有用卡宾前休作为NCA开环聚合的报道。
发明内容本发明的目的是为了改进原有方法中反应不可控，反应时间长，产物有金属残留等不足，而提供一种用W-杂环卡宾催化制备肽的方法，该方法具有反应可控，反应速度快，反应条件相对温和，无金属材料，得到肽分子量分布窄，分子量可控等优点。本发明提供一种制备肽的方法，其特征在于以W-杂环卡宾作为催化剂，加入路易斯碱作为引发剂，开环聚合各种保护和未保护的a-氨基酸-N-羧基内酸酐。在上述制备肽的方法中，所述的w-杂环卡宾结构式(i)、式(n)、式(III)或式(IV)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中R'和W选自氢、具有110个碳原子的烷基、具有l-10个碳原子并被卤原子、羟基、苯基和氰基中的一种或多种取代的垸基、具有36个碳原子的环烷基、苯基或被卤原子、羟基、垸基和氰基中的一种或多种取代的苯基中的相同或不同基团；113和114选自氢、卤原子、氰基、羟基、具有14个碳原子的垸基、具有14个碳原子并被卤原子、羟基、苯基和氰基中的一种或多种取代的烷基、苯基或被卤原子、羟基、烷基和氰基中的一种或多种取代的苯基中的相同或不同基团。木发明具体技术方案，包括(1)W-杂环卡宾的制备(a)在氮气、氩气保护下，W-杂环卡宾二氧化碳加合物在有机溶剂中，在50。C250。C，反应3秒20小时，脱去032后生成。(b)在氮气、氩气保护下，将W-杂环鐺盐与叔丁醇钾、叔丁醇钠、氢化锂、氢化钾中一种或几种按摩尔比1:0.0015混合在有机溶剂中，在0。O100。C下，反应1分钟20小时，过滤后得到。(2)在上述的含W-杂环卡宾的溶液中加入a-氨基酸-N-羧基内酸酐与引发剂，经处理后得到产物。上述的W-杂环卡宾制备方法中W-杂环卡宾二氧化碳加合物的结构式为式(V)、式(VI)、式(vn)或式(Wl)r，八N十(V)/〇or4、r1rI》r,0or(v工)r1,0oz。<5(VII)(VI)其中R'、R2、R3、R"与W-杂环卡宾结构式中所述取代基R1、R2、R3、W相同。上述的7V-杂环卡宾制备方法中唑盐的结构式为式(IX)、式(X)、式(XI)或式(XD4'r1r3n、+—r2(K)r4\卩-n!/〉x、N+一r1x、S+(XI)(X)11/〉xk,丄一r3n、+r2,(XII)R2、R3、R4相同。X是a—、Br—、、CH3C6HsCOO—、SCN—中任意一其中Ri、R2、R3、W与W-杂环卡宾结构式中所述取代基R1、I—、BF4—、PF6，CF3S03—、N03、S042-、CH3COO—、CF3COO—种。上述的W-杂环卡宾制备方法中有机溶剂为二氧六环、二氯甲垸、三氯甲烷、四氢呋喃、Ayv-二甲基乙酰胺、Ayv-二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯、二甲亚砜。在上述制备肽的方法中，具体包括将W-杂环卡宾、起始剂和NCA按摩尔比1:0.2~5:2~讓0,优选为1:0.5~2:10~200;反应温度为-50"C250"C，优选为0"C150"C;反应时间为3秒~120小时，优选为0.2-24小时。在上述制备肽的方法中，所述的方法中的反应在惰性气体中进行，例如氮气，氩气；所述的起始剂为胺类化合物，例如正r胺、正戊胺、正己烷、二乙胺、三乙胺、六甲基二硅氮垸、咪唑、苯胺、苯乙胺；终止反应时可以加入水，甲酸，乙酸，CS2;反应产物在沉出溶剂，例如甲醇、乙醇，乙醚中沉出进行纯化。在上述制备聚肽的方法中，所述的方法可以通过先后加入两种或两种以.t.NCA单体，经开环聚合制备聚氨基酸嵌段共聚物；也可以采用一锅投料法，山两种或两种以上的NCA单体，经开环聚合制备聚氨基酸无规共聚物。本发明的方法的显著特点是选用W-杂环卡宾作为催化剂。不向聚合体系中带入任何污染物，一种高效、环境友好的制备肽的方法。具体实施方式通过下列实施例可以进一步说明本发明，实施例是为了说明而非限制本发明的。本发明实施例中涉及的iV-杂环卡宾二氧化碳加合物结构见表1。表1:实施例中所有卡宾加合物编号和结构一览表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>以下各个实施例的催化剂对应结构见表1。实施例1:将A(31mg,200Umol)溶于20ml的二氧六环中，在Ar保护下加热至100°C保持1小时，拿出冷却至室温，然后加入正丁胺(14.76mg，200umol)、Y-苄基-Z-谷氨酸-N-羧基内酸肝(1.052g，4mmo1)，0。C下反应120小时，加入甲酸终止反应，将反应液倒入甲醇中，沉淀过滤并干燥至恒重，得到白色固体0.805g，转化率为95%，聚Y-卡基-谷氨酸的数均分子量为3985，分散度PDI为1.08。实施例2:将B(34.8mg，lOOymol)溶于10nil的甲苯中，N2保护下加热至50"C保持5小时，拿出冷却至室温，然后加入:(:卜:己胺(15.L5mg，"Oymol)，Y-甲基-谷氨酸-N-羧基内酸酐(0.187g，l,ol)，100。C反应30分钟，加入水终止反应，将反应液倒入乙醚中，沉淀过滤并千燥至恒重，得到白色固体0.120g，转化率为89%，聚Y-甲基-A-谷氨酸的数均分子量为816，分散度PDI为1.05。实施例3:将C(13.3mg，50"mol)溶于2mliV,iV-二甲基乙酰胺中，Ar保护下加热至150°C下保持20分钟，拿出冷却至室温，然后加入六甲基二硅氮烷(12.07mg，75ymol)，e-节氧羰基-赖氨酸-N-羧基内酸酐(O.765g，2.5,ol)，150°C下反应5分钟，加CS2终止反应，将反应液倒入乙醇中，沉淀过滤并干燥至恒重，得到白色固体0.5g，转化率为86.4%，聚e-苄氧羰基-赖氨酸数均分子量为6026，分散度PDI为1.35。实施例4:将D(17.05mg,50umol)溶于20ml四氢呋喃中，N2保护下加热至60°C下保持20小时。拿出冷却至室温，苯乙胺(12.lmg，lOOymol)，亮氨酸-N-羧基内酸酐(0.157g，lmmol)，25°C下反应2小时，加乙酸终止反应，将反应液倒入甲醇中，沉淀过滤至恒重，得到白色固体0.093g，转化率为84.7%,聚亮氨酸数均分子量为1030,分散度PDI为1.23。实施例5:将E(4.64mg，20ymol)溶于80ml三氯甲烷中，Ar保护下加热至50。C下保持3小时。拿出冷却至室温，然后加入.lF.己胺(4.(Mmg，40ymol)，e-叔丁氧羰基-赖氨酸-N-羧酸内酸酐(1.088g,4咖o1)，50。C下反应30小时，加CS2终止反应，将反应液倒入甲醇中，沉淀过滤并干燥至恒重，得到白色固体0.632g，转化率为75.2%，聚e-叔丁氧羰基-赖氨酸的数均分子量为15330，分散度PDI为1.26。实施例6:将F(6.99mg,30nmol)溶于50ml二氧六环中，化保护，加热至80°C保持10小时。拿出冷却至室温，然后加入三乙胺(3.03呢，30wmol)，￡-三氟乙酰基-赖氨酸-N-羧酸内酸酐(0.24g，0.9mmo1)，S0。C下反应8小时，加甲酸终止反应，将反应液倒入乙醚中，沉淀过滤并干燥至恒重，得到白色固体0.175g，转化率为89.3%，聚e-三氟乙酰基-赖氨酸数均分子量为5028，分散度PDI为1.13。实施例7:将G(26.8mg，lOOyn]ol)溶于10mLV,7V-二甲基甲酰胺中，再加入叔丁醇钾(11.2mg，lOO"mol)Ar保护下2(TC反应50分钟，过滤得到卡宾溶液。拿出冷却至室温，然后加入三乙胺(5.05mg，50umo1)，丙氨酸-N-羧基内酸酐(0.575g，5,ol)，120°C下反应10分钟，加甲酸终止反应，将反应液倒入乙醇中，沉淀过滤并干燥至恒重，得到白色固体0.255g，转化率为78.5%，聚丙氨酸的分子量为6200，分散度PDI为1.13。实施例8:,将H(5.06mg，20"mol)溶于lml甲苯中，再加入叔丁醇钠(9.6mg，100ymol)N2保护下80°<:反应5分钟，过滤得到卡宾溶液。拿出冷却至室温，然后加入二乙胺(1.46mg，20ymol)，苯丙氨酸-N-羧基内酸酐(O.31g，1.6隱01)，10。C下反应24小时，加CS2终止反应，将反应液倒入乙醇中，沉淀过滤并干燥至恒重，得到白色固体0.19g,转化率为85.6%，聚苯丙氨酸数均分子量为10010，分散度PDI为1.36。实施例9:将l(21.7mg，50ymo1)溶于100ml二甲亚砜中，再加入氢化锂(0.04mg，5umo1)Ar保护下100。C反应5小时，过滤得到卡宾溶液。拿出冷却至室温，然后加入TF.丁胺(i.825mg，25"mol)，色氨酸-N-羧酸内酸酐(O.23g，lmmol)，25°C下反应12小时，加水终止反应，将反应液倒入甲醇中，沉淀过滤并千燥至恒重，得到白色固体O.153g,转化率为87%，聚色氨酸数均分子量为6380，分散度PDI为1.15。实施例10:将J(89.4mg,200u腦l)溶于50ml二甲苯中，在加入叔丁醇钠U9.2mg，200umo1)，氢化钾(8mg，20(Uimo1)，0。C下反应20小时，过滤得到卡宾溶液。拿出稳定到室温，然后加入咪唑(4.5mg，66.7ymo1)，天冬氨酸-N-羧基内酸酐(0.795g，5誦o1)，50°C下反应3小时，加乙酸终止反应，将反应液倒入乙醚中，沉淀并干燥至恒重，得到白色固体0.46g，转化率为79.8%，聚天冬氨酸的数均分子量为7950，分散度为1.45。实施例11:将A(15.5mg，100limol)溶于20ml的二氧六环中，Ar保护下加热至80°C保持2小时。拿出冷却至室温，然后加入正丁胺(7.38mg，lOO"mol)，Y-苄基-^谷氨酸-N-羧基内酸酐(0.526g，2mmo1)，加热至100°C,反应2h后再加入e-苄氧羰基-赖氨酸-N-羧基内酸酐(0.612g，2mmol)继续反应5h，加甲酸终止反应，将反应液倒入甲醇中，沉淀至恒重，得到白色固体0.78g，转化率为85%，聚Y-苄基-Z-谷氨酸-聚e-苄氧羰基-赖氨酸二嵌段聚合物的数均分子量为7503，分散度PDI为1.32。实施例12:将G(26.8,lOOymol)溶于50ml甲苯中，再加入叔丁醇钾(11.2mg，lOOumol)Ar保护下20。C反应30分钟，过滤得到卡宾溶液。拿出冷却至室温，然后加入正r胺(7.38mg，100"mol)，Y-苄基-谷氨酸-N-羧基内酸酐(0.526g，2mmo1)，e-苄氧羰基-赖氨酸-N-羧基内酸酐(0.612g，2mmo1),加热至80。C，反应7h,加水终止反应，将反应液倒入乙醚中，沉淀至恒重，得到白色固体0.63g，转化率为75.5%，聚y-苄基-卜谷氨酸-聚f-苄氧羰基-赖氨酸无规聚合物的数均分子量为5890，分散度PDI为1.38。实施例13:将B(69.6，200"mo1)溶丁-100ml的甲苯中，N2保护下加热至50°C保持2小时，拿出冷却至室温，然后加入JH己胺(5.05mg，50timo1)，Y-甲基-Z-谷氨酸-N-羧基内酸酐(0.187g，l咖ol)100。C反应，然后每隔2小时依次次加入丙氨酸-N-羧基内酸酐(O.115g，lmmol)，半胱氨酸-N-羧基内酸酐(0.147g，lmmol)，组氨酸-N-羧基内酸酐(0.181g,lmmol)，丝氨酸-N-羧基内酸酐(0.131g，lmmol)，加入水终止反应，将反应液倒入乙醚中，沉淀过滤并干燥至恒重，得到白色固体0.58g，转化率为79%，聚Y-甲基-A-谷氨酸-聚丙氨酸-聚半胱氨酸-聚组氨酸-聚丝氨酸嵌段聚合物的数均分子量为50805，分散度PDI为1.45。实施例14:将G(26.8mg，lOOymol)溶于100raLV,W-二甲基甲酰胺中，Ar保护下再加入叔丁醇钾(11.2mg，lOOiimol)Ar保护下20。C反应30分钟，过滤得到卡宾溶液。拿出冷却至室温，然后加入三乙胺(5.05mg，50umol)，y-甲基-谷氨酸--N-羧基内酸酐(0.187g，l,ol),丙氨酸-N-羧基内酸酐(O.115g，lmmol),半胱氨酸-N-羧基内酸酐(CU47g，lmmol)，组氨酸-N-羧基内酸酐(0.181g，lmmol)，丝氨酸-N-羧基内酸酐(0.131g，lmmol)，I20°C下反应10小时，加甲酸终止反应，将反应液倒入乙醇中，沉淀过滤并千燥至恒重，得到白色固体0.45g，转化率为78.5%，聚Y-甲基-丄-谷氨酸-聚丙氨酸-聚半胱氨酸-聚组氨酸--聚丝氨酸的数均分子量为56200，分散度PDT为].53。权利要求1、一种用N-杂环卡宾催化制备肽的方法，其步骤为惰性气体保护下在含有N-杂环卡宾的有机溶剂中加入引发剂与至少一种α-氨基酸-N-羧基内酸酐，其中引发剂为路易斯碱，α-氨基酸-N-羧基内酸酐简称NCA，N-杂环卡宾、引发剂和NCA摩尔比为1∶0.2～10∶2～10000，反应温度为-50℃～250℃，反应时间为3秒～120小时。2、根据权利要求i所述的方法，其特征在于所述的w-杂环卡宾结构式(i)、式(n)、式(III)或式(IV)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中R'和W选自氢、具有110个碳原子的烷基、具有110个碳原子并被卤原子、羟基、苯基和氰基中的一种或多种取代的垸基、具有36个碳原子的环烷基、苯基或被卤原子、羟基、烷基和氰基中的-种或多种取代的苯基中的相同或不同基团；W和R"先自氢、卤原子、氰基、羟基、具有14个碳原子的烷基、具有14个碳原子并被卤原子、羟基、苯基和氰基中的一种或多种取代的烷基、苯基或被卤原子、羟基、垸基和氰基屮的一种或多种取代的苯基中的相同或不冋基团。3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的7V-杂环卡宾通过在氮气、氩气保护下，W-杂环卡宾二氧化碳加合物在有机溶剂中，在50'、O25(fC下，反应3秒20小时，脱去C02后生成W-杂环卡宾或在氮气、氩气保护下，将唑盐与叔丁醇钾、叔丁醇钠、氧化锂、氢化钾中一种或几种按摩尔比1:0.001-5混合在有机溶剂中，在0°O100°C下，反应1分钟~20小时，过滤得到。4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的W-杂环卡宾二氧化碳加合物的结构式式(VI)、式(環)或式(Wl)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中R1、R2(vn)(\i)R3、W与权利要求2中所述取代基R1、R2、R3、114相同￡5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于:或式(XII)所述的唑盐结构式为式(K)、式(X)、式(XI)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中R1、R2、R3、R4与权利要求2中所述取代基R1、R2、R3、114相同。X—是Cl—、Br—、I—、BF4—、PF6—，CF3S03—、N03—、S042-、CH3COO—、CF3COO—、CH3C6H5COO—、SCN—中任意一种。6、根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于所述的有机溶剂为二氧六环、二氯甲垸、三氯甲烷、四氢呋喃、AVV-二甲基乙酰胺、W，W-二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯或二甲亚砜中一种或其混合物。7、根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述的方法中惰性气体为氩气或氮气；iV-杂环卡宾、起始剂和NCA按摩尔比为1:0.52:10~200;反应温度为0°C150'C;反应时间为0.224小时。8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的引发剂为胺类化合物，优选正丁胺、正戊胺、正己烷、二乙胺、三乙胺、六甲基二硅氮烷、咪唑、苯胺、苯甲胺或苯乙胺中任意一种。9、根据权利要求1所述的方法，其特征在与所述的NCA为￡-节氧羰基-赖氨酸-N-羧基内酸酐、e-叔丁氧羰基-赖氨酸-N-羧基内酸酐、e-三氟乙酰基-赖氨酸-N-羧基内酸酐、Y-苄基-丄-谷氨酸-N-羧基内酸酐、y-甲基-卜谷氨酸-N-羧基内酸酐、亮氨酸-N-羧基内酸酐、异亮氨酸-N-羧基内酸酐、丙氨酸-N-羧基内酸酐、苯丙氨酸-N-羧基内酸酐、色氨酸-N-羧基内酸酐、半胱氨酸-N-羧基内酸酐、丝氨酸-N-羧基内酸酐、天冬氨酸-N-羧基内酸酐、或组氨酸-N-羧基内酸酐。10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的至少一种a-氨基酸-N-羧基内酸酐为210种a-氨基酸-N-羧基内酸酐。全文摘要本发明公开了一种N-杂环卡宾催化制备肽的方法，属于高分子材料领域。该方法以N-杂环卡宾作为催化剂，加入亲核合物作为引发剂，开环聚合各种保护和未保护的α-氨基酸-N-羧基内酸酐(NCA)，反应温度为-50℃～250℃，N-杂环卡宾、起始剂和NCA按摩尔比1∶0.2～5∶2～10000，反应时间为3秒～120小时制备肽。该方法催化剂反应活性高，反应速度快，反应条件相对温和，不引入金属离子，无设备腐蚀，产物后处理简单。文档编号C07K1/00GK101544684SQ200910026609公开日2009年9月30日申请日期2009年5月6日优先权日2009年5月6日发明者璇吴,萍宋,昊张,李振江,欧阳平凯,盛士川,薛金红,畅郭,陈伟华,萍韦申请人:南京工业大学