专利名称：聚丙烯酸/聚谷氨酸嵌段共聚物及其合成方法
技术领域：
本发明涉及一种聚氨基酸衍生物及其合成方法。特别是一种可生物降解性分子量可控的聚丙烯酸/聚L-谷氨酸嵌段共聚物及其合成方法。
背景技术：
可生物降解聚合物在药学和生物医学方面有着广泛的应用前景。聚α-氨基酸具有良好的生物降解性能，低基因免疫性和生物相容性，被广泛应用于药学和生物医学方面。各种官能团能被较容易地引入到许多氨基酸上形成氨基酸衍生物。聚L-谷氨酸是其中研究较早的一种氨基酸，它是制备键合型和基体型缓释药物体系的重要载体或中间体。
高分子量聚丙烯酸是一种生物粘性聚合物，它可以黏附到眼、鼻、嘴、肺、肠道、阴道、肛门等处的粘膜上。为了延长这些地方的药物的作用时间，聚丙烯酸常被引用到药物传递系统。另外，聚丙烯酸还是PH值敏感的聚合物，可以制备一些智能性聚合物，在组织工程方面具有一定的应用前景。
将聚谷氨酸和聚丙烯酸共聚所得到的嵌段共聚物集合了聚谷氨酸与聚丙烯酸的优点，在药学和生物医学方面势必具有很好的应用潜能。目前此嵌段聚合物还未见文献报道。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种聚丙烯酸/聚谷氨酸嵌段共聚物。
本发明的目的之二在于提供该嵌段共聚物的合成方法，该方法能在常压条件下顺利脱去苄基保护基团，制备聚-L-谷氨酸/聚丙烯酸嵌段共聚物。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案一种聚丙烯酸/聚谷氨酸嵌段共聚物，其特征在于该嵌段聚合物为线性聚合物，其中聚谷氨酸段的分子量为50000-100000；聚丙烯酸段的分子量为1000-5000。
上述的聚丙烯酸/聚谷氨酸嵌段共聚物的合成方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下i.γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧酸酐NCA的合成；ii.丙烯酸苄酯单体BzA的制备按常规的酯的制备方法制备；
iii.合成带端胺基的聚丙烯酸苄酯在干燥的反应瓶内加入步骤b所得丙烯酸苄酯，偶氮二异丁腈为引发剂、巯基乙胺为链转移剂、甲苯作溶剂，真空状态下，于70±1℃水浴中，搅拌反应2～3天，反应结束后，用无水乙醇沉淀，得淡黄色粘稠状物质，真空干燥；丙烯酸苄酯、偶氮二异丁腈、巯基乙胺的摩尔比为40～50∶1～3∶4～8；iv.合成聚丙烯酸苄酯/聚谷氨酸-γ-苄酯嵌段共聚物惰性气氛中，分别将步骤c所得带端胺基的聚丙烯酸苄酯及步骤a所得γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧酸酐NCA溶于氯仿中；然后在惰性气氛中将上述两种溶液充分混合，室温搅拌反应三天，反应结束后，用无水乙醇沉淀，得到白色絮状物质，过滤后真空干燥；带端胺基的聚丙烯酸苄酯与γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧酸酐NCA的摩尔比为1∶80-140；v.聚谷氨酸/聚丙烯酸嵌段共聚物的制备在35～50℃恒温水浴中，将步骤d所得聚丙烯酸苄酯/聚谷氨酸-γ-苄酯嵌段共聚物溶于二氯乙酸或三氟乙酸中，在搅拌状态下再加入重量百分比浓度为25-33％的HBr醋酸，并控制嵌段共聚物HBr的重量百分比为1∶0.5~1.5，恒温反应1.5-2.5小时，室温静置10小时，反应液用过量乙醚沉淀，经过滤、干燥，即可得产品聚谷氨酸/聚丙烯酸嵌段共聚物。γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧酸酐NCA的合成方法请参见中国专利200510024596.X。
而丙烯酸苄酯单体(BzA)的制备，本发明没有采用传统的醇与酸之间的酯化反应，而是选择反应活性更高的酰氯和醇制备所需要的酯，具体反应式如下 大分子引发剂的制备机理如下所示
合成聚丙烯酸苄酯/聚谷氨酸苄酯嵌段共聚物的反应式如下 在反应过程中，首先由大分子引发剂上的端胺基作为亲核试剂进攻NCA上5号位的羰基碳原子，继而开环、质子转移、脱去一个碳酸基形成氨基酸低聚体，该氨基酸低聚体又按以上过程引发其它NCA单体开环聚合，最终生成分子量较高的聚合物，并且聚合物链的末端都含有引发剂片段。最后脱去苄基保护基，得到聚丙烯酸/聚谷氨酸嵌段共聚物。
同现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出优先和显著特点本发明方法的γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧酸酐的合成过程中，使用三光气代替常规的光气具有安全、毒性小、可操作性强的特点；聚谷氨酸/聚丙烯酸嵌段共聚物是一种新型可生物降解材料，目前尚未见文献报道；本发明方法在常压下用HBr溶液脱去苄基获得了较好的效果。
所得聚合物用GPC、IR、H-NMR等手段进行了表征，产品的相关结构和分子量都得到了证实。
图1为PBzA-b-PBLG and PAA-b-PLGA的红外光谱图，其中a为PAA-b-PLGA的红外光谱图，b为PBzA-b-PBLG的红外光谱图。
图2为PbzA and PBzA-b-PBLG的1H-核磁共振谱，其中a为PbzA的1H-核磁共振谱，b为PBzA-b-PBLG的1H-核磁共振谱。
图3为PBzA-b-PBLG and PAA-b-PLGA的1H-核磁共振谱，其中a为PBzA-b-PBLG的1H-核磁共振谱，b为PAA-b-PLGA的1H-核磁共振谱。
图4为PBzA-NH2(5000)的GPC图。
图5为PBzA-NH2(10000)的GPC图。
图6为PBzA-b-PBLG的GPC图
具体实施例方式实施例一该实施例具体步骤如下1.γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧酸酐的合成a.L-谷氨酸-γ-苄酯(BLG)的合成在三口烧瓶中加入120克L-谷氨酸和100ml苯甲醇，将三口烧瓶置入70±1℃水浴中强烈搅拌，当温度恒定时，缓慢滴加60％浓硫酸，待反应液澄清后，停止搅拌和加热，自然冷却至室温，将反应液缓慢倒入过量溶有NaHCO3的过饱和冰水溶液中，充分搅拌均匀后放入冰箱内冷冻过夜。过滤后滤饼用2000ml 80℃的蒸馏水溶解，然后缓慢冷却至室温，再冷冻3小时左右，过滤，滤饼用乙醇、乙醚分别清洗三次，室温真空干燥24小时，得到白色鳞片状物质即为BLG。
b.干燥的三口烧瓶内加入新制备的BLG和新蒸四氢呋喃(THF)，搅拌形成悬浮液，将反应瓶置入50±2℃的恒温水浴中，同时向反应液内通氮气，当温度恒定时，加入一定量三光气(用氯仿重结晶三次)，至反应液变澄清，停止搅拌并撤去水浴，继续通氮气半小时；在强烈搅拌下，将反应液倒入大量的石油醚中沉淀，过滤，得白色晶体为BLG-NCA初产品；将此初产品溶于乙酸乙酯中，然后转移到分液漏斗中，用50ml饱和碳酸氢钠冰水溶液清洗后再用50ml冰水清洗；收集上层澄清液体，加入适量无水硫酸镁后置入冰箱内过夜；取出过滤，转移到干燥的密闭反应瓶内，抽真空充氮气(重复三次)，将滤液浓缩至40ml左右，注入40ml左右新蒸石油醚(沸程为60-90℃)，进行重结晶；过滤，滤饼用20ml乙酸乙酯溶解后加入20ml左右石油醚(沸程为60-90℃)进行重结晶；如此反复重结晶三次后，经过滤，将滤饼在室温下真空干燥12小时，得到白色针状晶体即为纯度达到聚合级的γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧酸酐单体，产率约65％。
2.丙烯酸苄酯单体(BzA)的制备将丙烯酰氯溶于四氢呋哺(THF)形成溶液①，取等当量苯甲醇溶于THF/三乙胺(TEA)混合溶液(体积比4∶1)形成溶液②，在氮气氛围中、冰浴条件下将溶液①缓慢滴加到溶液②中去，并不停搅拌。反应过程中有大量烟雾生成，并有白色固体物质析出。两小时后结束反应，滤去盐类沉淀物，将滤液60℃旋转蒸发以充分除去THF，然后用饱和NaHCO3水溶液洗涤三次，再用无水硫酸镁充分干燥。滤去硫酸镁即可得到纯度很高的丙烯酸苄酯。
3.大分子引发剂即末端为胺基的聚丙烯酸苄酯的制备在干燥的反应瓶里放入25mmol丙烯酸苄酯、0.5mmol偶氮二异丁腈(AIBN)，加入甲苯使之溶解，另称取巯基乙胺4mmol溶于二甲基甲酰胺(DMF)，将溶解后的巯基乙胺加到反应瓶中，搅拌均匀，反应在70±1℃真空状态下反应3天。反应液用大量无水乙醇沉淀，并纯化三次，40℃真空干燥24小时。得到的末端为胺基的聚丙烯酸苄酯数均分子量约为5000。
4.聚丙烯酸苄酯/聚-L-谷氨酸苄酯嵌段共聚物(PBzA-b-PLGA)的合成按摩尔比A/I为95(A代表NCA，I代表大分子引发剂)称取NCA和步骤3中制备的末端为胺基的聚丙烯酸苄酯，放入干燥的反应瓶内，抽真空充氮气，注入新蒸氯仿使之溶解。室温搅拌，反应2～3天。结束后将反应液缓慢倒入正在搅拌的500ml无水乙醇中沉淀，有大量白色絮状物析出。过滤，纯化三次，40℃真空干燥24小时。
5.聚谷氨酸/聚丙烯酸嵌段共聚物的制备在35～50℃恒温水浴中，称取步骤4所得聚丙烯酸苄酯/聚谷氨酸-γ-苄酯嵌段共聚物0.3克，溶于3ml二氯乙酸中，在搅拌状态下再加入浓度为33％的HBr醋酸溶液1.5毫升，恒温反应1.5-2.5小时，室温静置10小时，反应液用过量乙醚沉淀，经过滤、干燥，即可得产品聚谷氨酸/聚丙烯酸嵌段共聚物。
实施例二本实施例与实施例一基本相同，所不同的是巯基乙胺的用量为2mmol，得到的末端为胺基的聚丙烯酸苄酯的数均分子量约为10000。
实施例三本实施例与实施例一基本相同，所不同的是A/I比值为110。
实施例四本实施例与实施例一基本相同，所不同的是A/I比值为140。
实施例五本实施例与实施例二基本相同，所不同的是A/I比值为80。
实施例六本实施例与实施例二基本相同，所不同的是A/I比值为90。
实施例七本实施例与实施例二基本相同，所不同的是A/I比值为100。
实施例八本实施例与实施例二基本相同，所不同的是A/I比值为120。
在以上各实例中分子量测量方法均为凝胶色谱(GPC)法，所得分子量见下表1
表1
该嵌段共聚物是水溶性的，其中谷氨酸片断是可生物降解的，而丙烯酸片断虽然不降解但其分子量控制在5000以下，故可以通过新陈代谢排泄到体外。因而总体上说它是一种全新的可生物降解材料，到目前为止还未见国内外有文献报道。
水溶性通过接触角测试得到证实，数据见表2表2接触角
权利要求
1.一种聚丙烯酸/聚谷氨酸嵌段共聚物，其特征在于该嵌段聚合物为线性聚合物，其中聚谷氨酸段的分子量为50000-100000；聚丙烯酸段的分子量为1000-5000。
2.一种根据权利要求1所述的聚丙烯酸/聚谷氨酸嵌段共聚物的合成方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下a.γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧酸酐NCA的合成；b.丙烯酸苄酯单体BzA的制备；c.合成带端胺基的聚丙烯酸苄酯在干燥的反应瓶内加入步骤b所得丙烯酸苄酯，偶氮二异丁腈为引发剂、巯基乙胺为链转移剂、甲苯作溶剂，真空状态下，于70±1℃水浴中，搅拌反应2～3天，反应结束后，用无水乙醇沉淀，得淡黄色粘稠状物质，真空干燥；丙烯酸苄酯、偶氮二异丁腈、巯基乙胺的摩尔比为40～50∶1～3∶4～8；d.合成聚丙烯酸苄酯/聚谷氨酸-γ-苄酯嵌段共聚物惰性气氛中，分别将步骤c所得带端胺基的聚丙烯酸苄酯及步骤a所得γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧酸酐NCA溶于氯仿中；然后在惰性气氛中将上述两种溶液充分混合，室温搅拌反应三天，反应结束后，用无水乙醇沉淀，得到白色絮状物质，过滤后真空干燥；带端胺基的聚丙烯酸苄酯与γ-苄基-L-谷氨酸-N-羧酸酐NCA的摩尔比为1∶80-140；e.聚谷氨酸/聚丙烯酸嵌段共聚物的制备在35～50℃恒温水浴中，将步骤d所得聚丙烯酸苄酯/聚谷氨酸-γ-苄酯嵌段共聚物溶于二氯乙酸或三氟乙酸中，在搅拌状态下再加入浓度为25-33％的HBr醋酸溶液，并使嵌段共聚物与HBr重量百分比为1∶0.5～1.5，恒温反应1.5-2.5小时，室温静置10小时，反应液用过量乙醚沉淀，经过滤、干燥，即可得产品聚谷氨酸/聚丙烯酸嵌段共聚物。
全文摘要
本发明涉及一种可生物降解性聚丙烯酸/聚谷氨酸嵌段共聚物及其合成方法。本发明方法包括丙烯酸苄酯、胺基封端的聚丙稀酸苄酯、γ－苄基－L－谷氨酸－N－羧酸酐、聚丙烯酸苄酯/聚－L－谷氨酸苄酯嵌段共聚物以及聚丙烯酸/聚谷氨酸嵌段共聚物的合成。本发明方法的γ－苄基－L－谷氨酸－N－羧酸酐的合成过程中，使用三光气代替常规的光气具有安全、毒性小、可操作性强的特点；聚谷氨酸/聚丙烯酸嵌段共聚物是一种新型可生物降解材料，目前尚未见文献报道。
文档编号C08G81/00GK1951980SQ20061011638
公开日2007年4月25日 申请日期2006年9月21日 优先权日2006年9月21日
发明者尹静波, 曹田, 陈学思, 庄秀丽 申请人:上海大学