一种水溶性二苯并-24-冠-8基凝胶剂及其制备方法与流程

本发明属于热响应超分子水凝胶技术领域，具体涉及一种水溶性二苯并-24-冠-8基凝胶剂及其制备方法。

背景技术：

自从pedersen于1967年发现冠醚以来，冠醚已在多个学科中展现出其独特性质，可用于有机合成、相转移催化剂等。而在超分子化学领域，冠醚的主客体性质被更多地强调，可以络合金属阳离子或有机阳离子等，但是绝大多数都是在有机相中进行应用研究。二十世纪八十年代，小型冠醚(15-冠-5，18-冠-6等)就被用于制备跨膜离子通道，而到十年前才有研究讲冠醚制备的离子通道和商品化的抗生素结合，用以提高抗菌活性。究其原因是因为冠醚的水溶性不佳且一般认为其具有毒性、生物相容性不好，但是早期的一些探索和近期一些工作表明冠醚毒性并不高(18-冠-6毒性不会高于阿司匹林)。更为重要的是对冠醚结构进行修饰后可以实现水溶性，进而扩展它在水相体系中的应用。低分子量凝胶因子构筑的超分子凝胶是一类新颖的凝胶体系，其结构合成简便且灵活，更容易赋予多样的功能。由于冠醚丰富的主客体化学性质和刺激响应性，利用含冠醚的低分子量凝胶因子制备凝胶因而也会具有智能响应性。但是，前期这些研究依然停留在有机相中，大大限制了这类凝胶的应用。因此，在我们的工作中，设计制备了一种水溶性二苯并-24-冠-8基的凝胶，并在冠醚上引入功能化的氨基酸结构后，可以获得具有抑菌效果的凝胶材料。另外，在研究过程中意外发现其具有热响应性。热响应性材料是超分子响应性材料中很重要的一类，其中低临界溶液温度(lowercriticalsolutiontemperature,lcst)现象是一种典型的热响应行为，广泛应用于许多研究领域，包括药物控释和可控超分子自组装等。凝胶中的lcst现象是两者的结合，已有很多研究和应用，但多围绕(超分子)聚合物聚，特别是(n-异丙基丙烯酰胺)(pnipam)体系，而低分子量凝胶因子(low-molecular-weightgelators,lmwg)构筑的超分子凝胶很少具有lcst的热响应性能。水溶性二苯并-24-冠-8基的凝胶能够赋予该类凝胶以热响应性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新的水溶性二苯并-24-冠-8基凝胶剂，在水中具有热响应性，本发明凝胶剂在溶液和凝胶状态下都表现出有趣的低临界溶液温度(lcst)行为。此外，由于亮氨酸的引入，水凝胶显示出对革兰氏阳性菌的抗菌能力。

为了达到上述技术目的，本发明具体通过以下技术方案实现：

一种水溶性二苯并-24-冠-8基凝胶剂，所述的凝胶剂为式(i)化合物：

在本发明的另一方面，提供了上述水溶性二苯并-24-冠-8基凝胶剂的制备方法，包括以下步骤：

1)在db24c8-cooh和11-氨基十一酸乙酯中加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐为缩合剂及4-二甲氨基吡啶，在二氯甲烷中发生酰胺化反应后，在过量的氢氧化钠水溶液中搅拌，并用盐酸中和得到式(ii)化合物；

2)在式(ii)化合物与亮氨酸甲脂盐酸盐中加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐为缩合剂及4-二甲氨基吡啶，在二氯甲烷中发生酰胺化反应后，进一步在过量氢氧化钠水溶液中搅拌，并用盐酸中和得到式(iii)化合物；

3)式(iii)化合物与一定当量的koh搅拌得到其钾盐；

其中，式(ii)化合物的结构式如：

式(iii)化合物的结构式如：

进一步的，所述的koh用量为入0.85～0.95当量。

在本发明的另一方面，本发明提供了所述的凝胶剂在抑制金黄色葡萄球菌中的应用。

本发明的有益效果为：

1、本发明以功能化的二苯并-24-冠-8为基础，通过引入疏水烷基链和亲水羧基末端，制备了水溶性凝胶剂。

2、本发明中的凝胶结构中引入了亮氨酸单元，使得该凝胶具有抑菌效果。

3、本发明中的热响应凝胶可在高于lcst时提高浊度降低透光能力，低于lcst时又会恢复透明；通过调节溶液ph，可以控制lcst的on/off。

附图说明

图1是本发明0.85当量氢氧化钾(0.6重量％)水溶液在60℃以上的lcst行为；

图2是本发明水凝胶(1.2重量％)加热和冷却引起的水凝胶的可逆凝胶-溶胶转变；

图3是本发明水凝胶(0.6重量％)酸碱控制相分离。

具体实施方式

下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1凝胶剂的制备

从酸封端的冠醚开始，冠醚与11-氨基十一酸乙酯偶联，所得化合物经过水解得到式(ii)化合物。然后，通过与l-亮氨酸甲酯反应并随后水解和质子化获得式(iii)化合物，与一定当量的koh搅拌得到其钾盐。合成路线如下：

具体步骤为：

(s1)将db24c8-cooh(644mg)与11-氨基十一酸乙酯(300mg)在ch2cl2(10ml)中加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(edc·hcl，392mg)和4-二甲氨基吡啶(dmap，15mg)，进行酰胺化反应，得酰胺化中间产物(400mg)，然后将此中间产物继续在四氢呋喃(15ml)和去离子水(15ml)中加入氢氧化钠(230mg)反应，加入过量盐酸中和碱，得到含羧基末端的式(ii)化合物；

(s2)将式(ii)化合物(41mg)与亮氨酸甲脂盐酸盐(24mg)在ch2cl2(5ml)中加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(edc·hcl，25mg)和4-二甲氨基吡啶(dmap，17mg)，进行酰胺化反应，得酰胺化中间产物(38mg)，然后将此中间产物继续在四氢呋喃(5ml)和去离子水(5ml)中加入氢氧化钠(8mg)45℃反应，加入过量盐酸中和碱，得到含羧基末端的式(iii)化合物。

实施例2

当二苯并-24-冠-8基钾盐0.85(低于临界胶凝点)的溶液被加热直到胶凝剂完全溶解时，溶液在大约60℃变得混浊，并且一旦溶液冷却下来就恢复透明(图1)。此外，对于二苯并-24-冠-8基钾盐0.85水凝胶(1.2重量％)，也可以观察到类似的温度诱导相变行为。通过加热水凝胶的核磁共振管的底部，底部的温度增加地更快，半透明的水凝胶破碎并形成白色沉淀，最终整个样品变成混浊的溶液，冷却一段时间后，混浊的混合物再次变回半透明的水凝胶(图2)。这种lcst相分离行为通过紫外/可见测量得到进一步证实，并且对于水凝胶(1.2重量％)和溶液(0.6重量％)来说，浊点(tcloud)分别为57.7℃和58.2℃。

实施例3

lcst(临界溶液温度)行为仅在氢氧化钾0.85～0.95当量的溶液中观察到。当向式(iii)化合物中加入1当量的氢氧化钾时，即使在高浓度(4重量％)和高达100℃的温度下，也不会发生lcst行为。可以通过添加酸来降低脱质子化程度，从而再现相分离过程。图3清楚地证明了二苯并-24-冠-8基钾盐溶液的酸碱控制相分离。通过顺序添加酸和碱，相应溶液的lcst行为是开或关。考虑到式(iii)化合物上羧基的去质子化率对其lcst行为的重要性，我们提出了以下可能的假设。溶液中带电荷态和中性态的式(iii)化合物对lcst行为都是至关重要的。与所有羧基都带电的二苯并-24-冠-8基钾盐1.0相比，二苯并-24-冠-8基钾盐0.85中中性和带电羧基的共存，由于电荷诱导的静电排斥减少，导致不同的自组装过程。脱质子化式(iii)化合物和剩余中性形式之间的自发共组装过程可响应于温度变化而受到影响。由于这两种形式的式(iii)化合物在水中的溶解度不同，随着温度的升高，自组装聚集体可能受到显著影响，最终导致相变。

实施例4抗菌实验

制备大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的悬浮液(10^-9cfu/ml)，逐步稀释菌液浓度到10^-8，10^-7，10^-6，10^-5，10^-4的浓度。制备式(i)化合物的钾盐凝胶(成胶浓度以上)，取50.0mg凝胶置于96孔板内，在上述96孔板内进一步加入0.1ml10^-9，10^-8，10^-7，10^-7，10^-6，10^-5，10^-4的菌液。另外，取0.1ml的pbs溶液与50.0mg凝胶置于96孔板内作为空白对照，37度培养箱内培养12小时，取出孔板测量od值。

结果发现水凝胶能部分抑制金黄色葡萄球菌的生长，但对大肠杆菌不起作用。因此，由式(iii)化合物制备的水凝胶可以作为潜在的抗菌剂。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。