氧化还原响应的小分子凝胶化合物及其制备方法和该化合物的小分子凝胶及其应用与流程

[0001]
本发明涉及一种用于制备医用小分子凝胶的化合物，本发明还涉及该化合物的制备方法及通过该化合物获得的小分子凝胶和应用。


背景技术：

[0002]
小分子凝胶(low molecular weight gels)在传感器、化妆品、油水分离、细胞培养、药物传输和组织工程等领域的应用日益受到重视。由小分子凝胶因子在溶剂中通过非共价键作用力(氢键、范德华作用力、π-π堆叠作用力、疏水性作用力、静电作用力等)自组装形成。小分子凝胶广泛用于传感器、化妆品、油水分离、细胞培养、药物传输和组织工程等领域。基于小分子凝胶因子在何种溶剂中形成凝胶，小分子凝胶分为小分子有机凝胶和小分子水凝胶。
[0003]
小分子凝胶因子因其结构简单、容易设计合成、可方便引入各种功能单元，从而可以制备出多功能性的小分子凝胶满足各种应用需求。基于氨基酸和多肽构建的小分子水凝胶，因具有良好的生物相容性、低免疫原性、低毒性和生物易降解等优点，广泛用于细胞三维培养(m.zhou,a.m.smith,a.k.das,et al.biomaterials,2009,30,2523
–
2530；y.nagai,h.yokoi,k.et al.biomaterials,2012,33,1044
–
1051.)，药物控释(m.c.branco,d.j.pochan,n.j.wagner,et al.biomaterials,2010,31,9527
–
9534；r.tian,j.chen and r.niu.nanoscale,2014,6,3474-3482.)，诱导干细胞分化(l.latxague,m.a.ramin,a.appavoo,et al.angew.chem.int.ed,2015,54,4517
–
4521；y.hu,w.gao,f.wu,h.wu,et al.j.mater.chem.b,2016,4,3504
–
3508.)，修复再生医学(m.t.mcclendon and s.i.stupp.biomaterials,2012,33,5713
–
5722.)等领域。
[0004]
近年来发现苯丙氨酸类小分子凝胶可以通过破坏膜和氧化应激表现出抗菌活性(l.schnaider,s.brahmachari,n.w.schmidt,er al.nat commun,2017,8,1365.)。大量的酰肼化合物是药物活性分子，具有抗菌和抗炎活性(a.y.dang-i,t.huang,n.mehwish,er al.acs applied bio materials,2020,3,2295-2304.)。巯基化合物可以和二硫键发生交换反应，二硫键广泛用于构建氧化还原响应的功能材料(nitin d.bansodea,k.r.sindhuc,c.morelc,er al.biomater.sci.,2020,8,3186-3192)。而构建氧化还原响应性的小分子凝胶鲜有报道。


技术实现要素：

[0005]
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种氧化还原响应的小分子凝胶化合物。
[0006]
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种氧化还原响应的小分子凝胶化合物的制备方法。
[0007]
本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种氧化还原
响应的小分子凝胶。
[0008]
本发明所要解决的第四个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种氧化还原响应的小分子凝胶在生物医用材料上的应用。
[0009]
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种氧化还原响应的小分子凝胶化合物，其特征在于该小分子凝胶化合物的结构式(1)如下：
[0010]
式子中的n为1～20的整数。
[0011]
作为优选，所述结构式(1)中的n为2～12。
[0012]
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种氧化还原响应的小分子凝胶化合物的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
[0013]
①
往结构式(2)所示的巯基烷基酸中加入溶剂a，搅拌，滴加磺酰氯溶液，滴加完后，继续搅拌，得到反应液a，将反应液a后处理得结构式(3)的产物，所述巯基烷基酸与磺酰氯的物质的量之比为2～2.2:1；
[0014]
②
往结构式(3)的产物和缩合剂b中加入溶剂c活化；将结构式(4)所示的苯丙氨酸甲酯盐酸盐溶于溶剂c，搅拌下添加有机碱d，搅拌；在冰浴搅拌下将脱去盐酸分子的苯丙氨酸甲酯溶液缓慢滴加到活化的结构式(3)的产物溶液中，反应得到反应液b，反应液b后处理得结构式(5)所示产物，所述有机碱d与结构式(4)所示的苯丙氨酸甲酯盐酸盐物质的量之比为1～1.2:1；所述结构式(3)的产物与构式(4)所示的苯丙氨酸甲酯盐酸盐的物质的量之比为1:2～2.4；
[0015]
③
往化结构式(5)所示产物中加入溶剂e和水合肼后，氮气保护下反应，得到反应液c，将反应液c后处理得结构式(1)所示产物，所述水合肼的用量为结构式为(5)的产物物质的量的5～20倍；
[0016]
前述步骤涉及的结构式如下：
[0017][0018]
上述步骤涉及的反应式如下：
[0019][0020]
作为优选，步骤
①
中所述的溶剂a为二氯甲烷、三氯甲烷或乙酸乙酯中的至少一种。
[0021]
作为优选，步骤
①
中所述反应液a处理方式如下：加水淬灭反应，过滤，用冰水和冰正己烷交替洗涤固体，干燥后得结构式(3)的产物。
[0022]
作为优选，步骤
②
中所述的为n,n
’-
羰基二咪唑(cdi)、二环己基碳二亚胺(dcc)、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(edci)、2-(1h-苯并三偶氮l-1-基)-1,1,3,3-四甲基脲四氟硼酸酯(tbtu)、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-n,n,n',n'-四甲基脲四氟硼酸盐(tatu)、o-(7-氮杂苯并三唑-1-基)-n,n,n
′
,n
′-
四甲基脲六氟磷酸酯(hatu)、苯并三氮唑-n,n,n',n'-四甲基脲六氟磷酸酯(hbtu)中的至少一种，最优选为edci和cdi。
[0023]
作为优选，步骤
②
中所述溶剂c为二氯甲烷、三氯甲烷或四氢呋喃中的至少一种。
[0024]
作为优选，所述溶剂c的体积用量以苯丙氨酸甲酯盐酸盐的物质的量计算为1～5ml/mmol。
[0025]
作为优选，步骤
②
中所述有机碱d为三乙胺、吡啶或n,n-二异丙基乙胺至少一种。
[0026]
作为优选，步骤
②
中所述反应液b处理方式如下：浓缩有机相后，加入四氢呋喃搅拌，过滤，收集滤液，浓缩滤液后用石油醚和乙酸乙酯柱层析分离得到结构式(5)所示产物，柱层析所用石油醚和乙酸乙酯体积比一般为2:1～4:1。
[0027]
作为优选，步骤
③
中所述溶剂e为甲醇、乙醇、异丙醇、二氯甲烷或三氯甲烷中的至
少一种。
[0028]
作为优选，步骤
③
中所述的溶剂e的体积用量以结构式为(5)的产物的物质的量计算为1～5ml/mmol。
[0029]
作为优选，步骤
③
中所述反应液c处理方式如下：将反应液c过滤，依次用水和二氯甲烷洗涤数次后，收集固体，干燥后得到结构式(1)所示产物。
[0030]
本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种结构式(1)所示化合物制备的小分子凝胶，该小分子凝胶采用如下步骤制备：
[0031]
将化合物加入到可密闭的容器中，加入溶剂，密闭后加热至化合物完全溶解，静置后，即可形成小分子凝胶。
[0032]
作为优选，所述的小分子凝胶的浓度为1～20mg/ml。
[0033]
作为优选，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、peg200或peg400的至少一种。
[0034]
本发明解决上述第四个技术问题所采用的技术方案为：小分子凝胶在生物医用材料上的应用。
[0035]
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明涉及的结构式(1)化合物两端亲水中间疏水的二酰肼类凝胶因子可以制备氧化还原响应的小分子水/有机凝胶。这类小分子水/有机凝胶具有制备简单、临界成胶浓度低、机械强度可调控、剪切变稀行为、破坏恢复能力和生物相容性好等优点。结构式(1)化合物、是一类优秀的凝胶因子，在溶剂中可以通过非共价键作用力(范德华力、氢键、π-π叠加、疏水性作用力等)自组装形成三维的网络结构，将溶剂分子固定在三维空间中，从而使溶剂分子失去流动性，形成凝胶。
[0036]
通过改变凝胶因子结构中烷基链长短可以精妙地调控凝胶因子结构的亲水性部分和疏水性部分之间的平衡，从而可以有效得到小分子水性凝胶因子。这类小分子凝胶因子与溶剂混合具有良好的成胶能力。经试验证明所得凝胶具有良好的生物相容性的、优秀的剪切变稀行为、破坏恢复能力和高的机械强度，是一类优秀的生物医用材料，可以用于抗菌理疗、细胞的三维培养、诱导细胞分化、局部药物控释、癌症理疗等。实验证明该类小分子凝胶可以高效地装载药物、抗生素以及活性蛋白(含巯基的蛋白质等)，制备载药凝胶，可以在特定部位选择性地释放药物和活性蛋白。
附图说明
[0037]
图1为实施例2中或的凝胶外观照片。
[0038]
图2为实施例3中或的凝胶外观照片。
[0039]
图3为实施例4中或的凝胶外观照片。
[0040]
图4为实施例5中化合物的1h核磁共振谱。
[0041]
图5为实施例5中化合物的13c核磁共振谱。
[0042]
图6为实施例6干凝胶的显微照片。
具体实施方式
[0043]
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0044]
实施例1(化合物(1)(n＝10))
[0045]
(一)取100ml的圆底烧瓶加入20ml二氯甲烷、0.74ml(10mmol)丙酮和两滴三氟乙
酸，室温搅拌30min，活化丙酮。往活化的丙酮中加入4.37g(20mmol)11-巯基十一烷酸，室温搅拌48h。随后置于-20℃冰箱，待固体析出后，过滤，用冰的正己烷和水交替洗涤固体，干燥后即可得产物式(3)(n＝10)，白色固体，产率70.5％。
[0046]
(二)
①
取带支口的100ml圆底烧瓶，往其中加入20ml三氯甲烷、4.7g(22mmol)苯丙氨酸甲酯盐酸盐，在冰浴条件下缓慢滴加5.9ml(44mmol)三乙胺，滴加完毕后搅拌10分钟，脱去苯丙氨酸甲酯盐酸盐的盐酸分子。
②
将4.8g(10mmol)二硫代二烷基酸(式3，n＝10)溶于15ml氯仿后，加入3.6g(22mmol)羰基二咪唑，活化30分钟。
③
在冰浴条件下将活化的酸溶液缓慢滴加到
①
中，氮气保护，室温反应。用体积比为1:1的石油醚和乙酸乙酯点板检测反应的进行。反应结束后，浓缩有机相，加入四氢呋喃搅拌后过滤，收集滤液，浓缩滤液后进行柱层析，柱层析所用石油醚和乙酸乙酯体积比一般为4:1～2:1，得产物式(5)(n＝10)，白色固体，产率85.1％。
[0047]
(三)取100ml带支口的圆底烧瓶，往其中加入4.0g(5mmol)化合物(5)(n＝10)、30ml的甲醇、6ml的二氯甲烷、3.2ml(50mmol)80％的水合肼，抽真空充氮气后，冰浴反应24h，浓缩反应液后抽滤，滤饼依次用去离子水、二氯甲烷洗涤，干燥后得到白色固体，产率87.2％。
[0048]
实施例2
[0049]
将10mg化合物(1)加入到4ml螺纹瓶中，再加入1ml无水乙醇，密封后，加热到90℃致其溶解后，静置冷却到室温，即成10mg/ml的小分子水凝胶，如图1所示，为半透明的凝胶。
[0050]
实施例3
[0051]
将10mg化合物(1)加入到4ml螺纹瓶中，再加入1ml peg200，密封后，加热到90℃致其溶解后，静置冷却到室温，即成10mg/ml的有机凝胶，如图2所示，为白色不透明凝胶。
[0052]
实施例4
[0053]
将10mg化合物(1)、20mg盐酸阿霉素加入到4ml螺纹瓶中，再加入0.5ml水和0.5ml peg200，密封后，加热到90℃致其溶解后，静置冷却到室温，即可形成阿霉素载药凝胶，如图3所示，为深红色凝胶。
[0054]
实施例5
[0055]
将12mg化合物(1)(n＝2)装入到核磁管中，再加入0.5ml氘代dmso，密封后，用电吹风加热将其溶解，用于1h核磁共振和
13
c核磁共振测试，如图4和图5所示，核磁共振的结果表明我们成功的制备了式(1)(n＝2)凝胶化合物。
[0056]
将实施例2制备的10mg/ml的乙醇凝胶用油泵减压抽干后，置于碳导电胶带上，用扫描电镜观察凝胶的微观形貌，结果如图6所示。