高代树枝状聚赖氨酸及其制备方法与流程

本发明属于医用高分子材料技术领域，具体涉及一种高代树枝状聚赖氨酸及其制备方法。

背景技术：

树枝状聚合物最早由美国化学家tomaliada博士于20世纪80年代初发明并成功合成。树枝状分子是大型的树状分子，广泛应用于化学和生物领域。树枝状分子因具有三维规整结构、高度枝化和纳米尺度的单分散性，其在研究中占有重要地位。其中多肽类树枝状分子作为树枝状分子的一员，除了具备树枝状分子的一般特性外，还具有其他特点，例如：良好的生物相容性、乃蛋白酶水解和可生物降解、较好的水溶性及较强的耐水解酶能力等。这些特点使其在生物医药领域有着广泛的应用。但树枝状聚合物由于其结构特点，低代数聚合物其合成相对比较容易，高代树枝状聚合物的纯度较低，其合成难度较大。目前市场上的树枝状聚赖氨酸产物三代或四代聚合物，由于其分子量较小，导致其分子内部空间较小，其载药及缓释能力较差。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，首要目的是提供一种高代树枝状聚赖氨酸。

本发明的第二个目的在于提供一种高代树枝状聚赖氨酸的制备方法。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种高代树枝状聚赖氨酸，其结构式如下：

其中，x选自5-20中的整数，x代表赖氨酸的迭代次数，r表示赖氨酸，a表示含氨基的疏水性分子。

优选地，含氨基的疏水性分子选自二苯甲胺、苯胺和正丁胺中的一种以上。

一种如上述的高代树枝状聚赖氨酸的制备方法，其包括如下步骤：

(1)、将含双氨基保护的赖氨酸单体、n,n’-二环己基碳二亚胺和n-羟基琥珀酰亚胺在有机溶剂内反应，得到赖氨酸活化酯单体，其结构式为：

其中，含双氨基保护的赖氨酸单体中双氨基的保护基团相同，z表示第一氨基保护基团，z’表示第二氨基保护基团；

(2)、将步骤(1)赖氨酸活化酯单体和含氨基的疏水性分子在有机溶剂内反应，得到第n代树枝状聚赖氨酸，其结构式为：

其中，n选自1-19中的整数，a表示疏水性基团，z表示第一氨基保护基团，z’表示第二氨基保护基团；

(3)、将步骤(2)第n代树枝状聚赖氨酸和脱保护剂反应，经透析、提纯得到第n代产物；

(4)、将第n代产物和摩尔比为1.1-20倍的步骤(1)中赖氨酸活化酯单体在有机溶剂内反应，得到第n+1代树枝状聚赖氨酸，其中，n选自1-19中的整数；

(5)、不断重复步骤(3)和步骤(4)的过程，得到高代树枝状聚赖氨酸，其结构式为：

其中，x选自5-20中的整数，x代表赖氨酸的迭代次数，r表示赖氨酸，a表示含氨基的疏水性分子。

优选地，步骤(1)、步骤(2)和步骤(4)中，有机溶剂选自四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、甲苯、丙酮和二甲基亚砜中的一种以上。

优选地，步骤(1)中，含双氨基保护的赖氨酸单体中双氨基均选自叔丁氧羰基、n-芴甲氧羰酰基和苄氧羰基中的任意一种。

优选地，步骤(1)和步骤(2)中，第一氨基保护基团和第二氨基保护基团均选自叔丁氧羰基、n-芴甲氧羰酰基和苄氧羰基中的任意一种。

优选地，步骤(2)中，含氨基的疏水性分子选自二苯甲胺、苯胺和正丁胺中的一种以上。

优选地，步骤(2)中，疏水性基团选自二苯甲胺残基、苯胺残基和正丁胺残基中的一种以上。

优选地，步骤(3)中，脱保护剂选自含25wt％氯化氢的甲醇溶液、含33％wt氢溴酸的乙醇溶液、三氟乙酸、30wt％的氢溴酸的乙酸溶液和体积分数为50％哌啶的二氯甲烷溶液中的任意一种。

优选地，步骤(1)的反应的温度为10-30℃，反应的时间为10-16h。

优选地，步骤(2)的反应的温度为10-30℃，反应的时间为8-24h。

优选地，步骤(3)的反应的温度为10-30℃，反应的时间为10-16h。

优选地，步骤(4)的反应的温度为10-30℃，反应的时间为8-24h。

由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

第一、本发明通过含氨基的有机疏水小分子为起点，与双保护赖氨酸活化酯单体反应，分别制备一代、二代及高代树枝状聚赖氨酸，且高代树枝状聚赖氨酸由于其超支化球型结构，因此，分子中可形成较大的空腔，表面密集地存在着可以修饰的大量基团，如高苯丙氨酸等，其对该种材料的性能改变大，可快速地合成多功能医用高分子材料。

第二、本发明的高代树枝状聚赖氨酸相对于线性聚赖氨酸而言，具有优良的水溶性，在水中不能分解，能开发为载体等特点，从而适用范围广泛；另外，通过将不同代数的树枝状聚赖氨酸与新鲜山羊血作用1h后，离心混合溶液，利用紫外分光光度计检测上层清液的吸光度。由于红细胞被破坏程度不同，导致释放出的血红素浓度不同，而血红素浓度和吸光度成正比，因此通过吸光度来计算得到其溶血率均低于10％，故其具有很好的生物相容性。

第三、本发明的高代树枝状聚赖氨酸的合成方法简单，制造成本低廉。

附图说明

图1为本发明的高代树枝状聚赖氨酸的制备过程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种高代树枝状聚赖氨酸及其制备方法。

<高代树枝状聚赖氨酸>

高代树枝状聚赖氨酸的结构式如下：

其中，x选自5-20中的整数，x代表赖氨酸的迭代次数，r表示赖氨酸，a表示含氨基的疏水性分子。

(含氨基的疏水性分子)

含氨基的疏水性分子选自二苯甲胺、苯胺和正丁胺中的一种以上。

<高代树枝状聚赖氨酸的制备方法>

高代树枝状聚赖氨酸的制备方法，其包括如下步骤：

(1)、将含双氨基保护的赖氨酸单体、n,n’-二环己基碳二亚胺(dcc)和n-羟基琥珀酰亚胺(hosu)在有机溶剂内反应，得到赖氨酸活化酯单体，其结构式为：

其中，含双氨基保护的赖氨酸单体中双氨基的保护基团相同，z表示第一氨基保护基团，z’表示第二氨基保护基团；

(2)、将步骤(1)的赖氨酸活化酯单体和含氨基的疏水性分子在有机溶剂内反应，得到第n代树枝状聚赖氨酸，其结构式为：

其中，n选自1-19中的整数，a表示疏水性基团，z表示第一氨基保护基团，z’表示第二氨基保护基团；

(3)、将步骤(2)的第n代树枝状聚赖氨酸和脱保护剂反应，经透析、提纯得到第n代产物；

(4)、将第n代产物和摩尔比为1.1-20倍的步骤(1)中赖氨酸活化酯单体在有机溶剂内反应，得到第n+1代树枝状聚赖氨酸，其中，n选自1-19中的整数；

(5)、不断重复步骤(3)和步骤(4)的过程，即将第n+1代树枝状聚赖氨酸和脱保护剂反应，经透析、提纯得到第n+1代产物，将第n+1代产物(n选自1-19中的整数)和步骤(1)的赖氨酸活化酯单体反应，得到不同分子量的产物，即得到高代树枝状聚赖氨酸，其结构式为：

其中，x选自5-20中的整数，x代表赖氨酸的迭代次数，r表示赖氨酸，a表示含氨基的疏水性分子。

本发明合成的树枝状聚赖氨酸的代数在五代以上。具体地，如图1所示，先以高代树枝状聚赖氨酸中的第七代树枝状聚赖氨酸为例，其制备过程为含叔丁基氧基羰基保护的赖氨酸与n,n’-二环己基碳二亚胺(dcc)和n-羟基琥珀酰亚胺(hosu)反应得到赖氨酸活化酯单体(步骤1)，二苯甲胺与赖氨酸活化酯单体反应，得到第一代树枝状聚赖氨酸，将得到的产物脱保护(步骤2)，经透析、提纯得到多代产物(步骤3)，多代产物和赖氨酸活化酯单体反应得到多代树枝状聚赖氨酸，重复步骤1、步骤2和步骤3五次后得到第五代树枝状聚赖氨酸(g5)，接着重复步骤1、步骤2和步骤3后得到第六代树枝状聚赖氨酸(g6)，继续再重复步骤1、步骤2和步骤3后得到第七代树枝状聚赖氨酸(g7)。

(有机溶剂)

在步骤(1)、步骤(2)和步骤(4)中，有机溶剂可以选自四氢呋喃(thf)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、二氯甲烷(dcm)、甲苯、丙酮和二甲基亚砜(dmso)中的一种以上。

(含双氨基保护的赖氨酸单体)

在步骤(1)中，含双氨基保护的赖氨酸单体中双氨基均可以选自叔丁氧羰基、n-芴甲氧羰酰基和苄氧羰基中的任意一种。

(第一氨基保护基团和第二氨基保护基团)

在步骤(1)和步骤(2)中，第一氨基保护基团和第二氨基保护基团均可以选自叔丁氧羰基、n-芴甲氧羰酰基和苄氧羰基中的任意一种。

(含氨基的疏水性分子)

在步骤(2)中，含氨基的疏水性分子可以选自二苯甲胺、苯胺和正丁胺的一种以上。

(疏水性基团)

在步骤(2)中，疏水性基团可以选自二苯甲胺残基、苯胺残基和正丁胺残基中的一种以上。

(脱保护剂)

在步骤(3)中，脱保护剂可以选自含25wt％氯化氢(hcl)的甲醇溶液、含33％wt氢溴酸(hbr)的乙醇溶液、三氟乙酸、30wt％的氢溴酸(hbr)的乙酸溶液和体积分数为50％哌啶的二氯甲烷溶液中的任意一种。

在步骤(1)中，反应的温度可以为10-30℃，优选为25℃；反应的时间可以为10-16h，优选为10h。

在步骤(2)中，反应的温度可以为10-30℃，优选为25℃；反应的时间可以为8-24h，优选为16h。

在步骤(3)中，反应的温度可以为10-30℃，优选为25℃；反应的时间可以为10-16h，优选为10h。

在步骤(4)中，反应的温度可以为10-30℃，优选为25℃；反应的时间可以为8-24h，优选为8h。

以下结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

本实施例的第五代含苄氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸的制备方法包括如下步骤：

(1)将2.07g(0.005mol)含两个苄氧羰基的赖氨酸(结构如下所示)、1.03gn,n’-二环己基碳二亚胺和0.69gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在50ml四氢呋喃中，在25℃下反应10h，得到第一赖氨酸活化酯单体；

(2)将0.915g二苯甲胺和第一赖氨酸活化酯单体的反应液混合后，在25℃下反应16h，得到第一代含苄氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(3)将步骤(2)中的第一代含苄氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在50ml含30wt％氢溴酸(hbr)的乙酸溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应3h，将反应后的产物经透析、提纯除杂后得到第一代产物；

(4)将6.21g(0.015mol)含两个苄氧羰基的赖氨酸、3.09gn,n’-二环己基碳二亚胺和2.07gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在50ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第二赖氨酸活化酯单体；

(5)将步骤(3)中的第一代产物与步骤(4)中的第二赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第二代含苄氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(6)将步骤(5)中的第二代含苄氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在50ml含30wt％氢溴酸(hbr)的乙酸溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应3h，将反应后的产物经透析、提纯除杂后得到第二代产物；

(7)将12.42g(0.03mol)含两个苄氧羰基的赖氨酸、6.18gn,n’-二环己基碳二亚胺和4.14gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在100ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第三赖氨酸活化酯单体；

(8)将步骤(6)中的第二代产物与步骤(7)中的第三赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第三代含苄氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(9)将步骤(7)中的第三代含苄氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在75ml含30wt％氢溴酸(hbr)的乙酸溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应2h，将反应后的产物经透析、提纯除杂后得到第三代产物；

(10)将24.84g(0.06mol)含两个苄氧羰基的赖氨酸、12.39gn,n’-二环己基碳二亚胺和8.24gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在150ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第四赖氨酸活化酯单体；

(11)将步骤(9)中的第三代产物与步骤(10)中的第四赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第四代含苄氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(12)将步骤(11)中的第四代含苄氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在75ml含30wt％氢溴酸(hbr)的乙酸溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应3h，将反应后的产物透析、提纯除杂后得到第四代产物；

(13)将49.68g(0.12mol)含两个苄氧羰基的赖氨酸、24.78gn,n’-二环己基碳二亚胺和16.48gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在250ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第五赖氨酸活化酯单体；

(14)将步骤(12)中的第四代产物与步骤(13)中的第五赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第五代含苄氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸。

实施例2：

本实施例的第五代含n-芴甲氧羰酰基保护的树枝状聚赖氨酸的制备方法包括如下步骤：

(1)将2.95g(0.005mol)含两个n-芴甲氧羰酰基的赖氨酸(结构如下所示)、1.03gn,n’-二环己基碳二亚胺和0.69gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在50ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第一赖氨酸活化酯单体；

(2)将0.915g二苯甲胺和第一赖氨酸活化酯单体的反应液混合后，在25℃下反应16h，得到第一代含n-芴甲氧羰酰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(3)将步骤(2)中的第一代含n-芴甲氧羰酰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在50ml含体积分数为50％哌啶的二氯甲烷溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应3h，将反应后的产物经透析、提纯除杂后得到第一代产物；

(4)将8.85g(0.015mol)含两个n-芴甲氧羰酰基的赖氨酸、3.09gn,n’-二环己基碳二亚胺和2.07gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在50ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第二赖氨酸活化酯单体；

(5)将步骤(3)中的第一代产物与步骤(4)中的第二赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第二代含n-芴甲氧羰酰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(6)将步骤(5)中的第二代含n-芴甲氧羰酰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在50ml含体积分数为50％哌啶的二氯甲烷溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应3h，将反应后的产物经透析、提纯除杂后得到第二代产物；

(7)将17.70g(0.03mol)含两个n-芴甲氧羰酰基的赖氨酸、6.18gn,n’-二环己基碳二亚胺和4.14gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在100ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第三赖氨酸活化酯单体；

(8)将步骤(6)中的第二代产物与步骤(7)中的第三赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第三代含n-芴甲氧羰酰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(9)将步骤(7)中的第三代含n-芴甲氧羰酰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在75ml含体积分数为50％哌啶的二氯甲烷溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应2h，将反应后的产物经透析、提纯除杂后得到第三代产物；

(10)将35.40g(0.06mol)含两个n-芴甲氧羰酰基的赖氨酸、12.39gn,n’-二环己基碳二亚胺和8.24gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在200ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第四赖氨酸活化酯单体；

(11)将步骤(9)中的第三代产物与步骤(10)中的第四赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第四代含n-芴甲氧羰酰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(12)将步骤(11)中的第四代含n-芴甲氧羰酰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在100ml含体积分数为50％哌啶的二氯甲烷溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应3h，将反应后的产物透析、提纯除杂后得到第四代产物；

(13)将70.80g(0.12mol)含两个n-芴甲氧羰酰基的赖氨酸、24.78gn,n’-二环己基碳二亚胺和16.48gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在300ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第五赖氨酸活化酯单体；

(14)将步骤(12)中的第四代产物与步骤(13)的第五赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第五代含n-芴甲氧羰酰基保护的树枝状聚赖氨酸。

实施例3：

本实施例的第五代含叔丁氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸的制备方法包括如下步骤：

(1)将1.735g(0.005mol)含两个叔丁氧羰基的赖氨酸(结构如下所示)、1.03gn,n’-二环己基碳二亚胺和0.69gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在50ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第一赖氨酸活化酯单体；

(2)将0.915g二苯甲胺和第一赖氨酸活化酯单体的反应液混合后，在25℃下反应16h，得到第一代含叔丁氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(3)将步骤(2)中的第一代含叔丁氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在50ml含25wt％氯化氢(hcl)的甲醇溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应3h，将反应后的产物经透析、提纯除杂后得到第一代产物；

(4)将5.205g(0.015mol)含两个叔丁氧羰基的赖氨酸、3.09gn,n’-二环己基碳二亚胺和2.07gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在50ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第二赖氨酸活化酯单体；

(5)将步骤(3)中的第一代产物与步骤(4)中的第二赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第二代含叔丁氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(6)将步骤(5)中的第二代含叔丁氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在50ml含25wt％氯化氢(hcl)的甲醇溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应3h，将反应后的产物经透析、提纯除杂后得到第二代产物；

(7)将10.41g(0.03mol)含两个叔丁氧羰基的赖氨酸、6.18gn,n’-二环己基碳二亚胺和4.14gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在100ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第三赖氨酸活化酯单体；

(8)将步骤(6)中的第二代产物与步骤(7)中的第三赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第三代含叔丁氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(9)将步骤(7)中的第三代含叔丁氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在75ml含25wt％氯化氢(hcl)的甲醇溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应2h，将反应后的产物经透析、提纯除杂后得到第三代产物；

(10)将20.82g(0.06mol)含两个叔丁氧羰基的赖氨酸、12.39gn,n’-二环己基碳二亚胺和8.24gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在200ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第四赖氨酸活化酯单体；

(11)将步骤(9)中的第三代产物与步骤(10)中的第四赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第四代含叔丁氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸；

(12)将步骤(11)中的第四代含叔丁氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸溶解在100ml含25wt％氯化氢(hcl)的甲醇溶液(作为脱保护剂)中，在25℃下反应3h，将反应后的产物透析、提纯除杂后得到第四代产物；

(13)将41.64g(0.12mol)含两个叔丁氧羰基的赖氨酸、24.78gn,n’-二环己基碳二亚胺和16.48gn-羟基琥珀酰亚胺溶解在300ml四氢呋喃中，在25℃下反应8h，得到第五赖氨酸活化酯单体；

(14)将步骤(12)中的第四代产物与步骤(13)中的第五赖氨酸活化酯单体的反应液混合，在25℃下反应16h，得到第五代含叔丁氧羰基保护的树枝状聚赖氨酸。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。