一种聚乙二醇衍生物及其制备方法和聚乙二醇水凝胶

本发明涉及材料，尤其是涉及一种聚乙二醇衍生物及其制备方法和聚乙二醇水凝胶。

背景技术：

1、水凝胶是通过一定交联作用形成的、具有三维网络结构的材料。水凝胶因其与细胞外基质类似的理化性质以及良好的生物相容性而广泛应用于生物医用领域。聚乙二醇是制备水凝胶的常用原料，包括线性聚乙二醇和多臂聚乙二醇。由于聚乙二醇的端羟基反应活性低，通常需要对聚乙二醇衍生化，产生不同功能的端基，如羧基、氨基、巯基、醛基。通过端基的化学反应，可以方便地制备化学交联水凝胶，也可以偶联其他分子对水凝胶进行功能化。

2、端基是丁二酰亚胺活性酯的聚乙二醇衍生物常用来制备化学交联水凝胶(cn108525016a，kr20020089772a)。将该聚乙二醇衍生物水溶液与端基是氨基的聚乙二醇水溶液混合，丁二酰亚胺活性酯基团可以与氨基反应，生成酰胺键，进而形成化学交联水凝胶。但是，反应会产生n-羟基丁二酰亚胺的反应副产物，可能会引起毒性；另外丁二酰亚胺活性酯会在水溶液中逐渐水解，失去反应活性。另外，端基是苯甲醛的聚乙二醇衍生物也被用来制备化学交联水凝胶(wo2020029432a1)。将该聚乙二醇衍生物水溶液与多氨基化合物溶液混合，苯甲醛基团可以与氨基反应，生成席夫碱键，进而形成化学交联水凝胶。由于席夫碱键很容易发生水解，交联反应程度低，交联密度低，因此水凝胶的力学强度低。

3、现有技术202010455951.3制备出一种端基为邻苯二醛的聚乙二醇衍生物，通过与端基为氨基的聚乙二醇衍生物通过化学键交联，形成水凝胶。但其制备过程复杂，降解速度慢，同时在同等浓度下，成胶速度也相对缓慢。

4、因此，提供一种制备简单，合成效率高，同时缩短凝胶时间和降解时间的聚乙二醇衍生物是非常必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚乙二醇衍生物、其制备方法及聚乙二醇水凝胶，本发明提供的聚乙二醇衍生物制备得到的水凝胶降解时间短，成胶速率快，黏附性能高同时制备工艺简单。

2、首先，本发明简化了制备过程，减少了1，3-二甲氧基-1，3-二氢异苯并呋喃-5-羧酸琥珀酰亚胺酯的合成步骤，通过对1，3-二甲氧基-1，3-二氢异苯并呋喃-5-羧酸进行酸碱调节和萃取，实现材料的提纯，极大地提高了合成效率；其次，与早期的专利相比，提高了邻苯二醛的接枝率，不仅缩短了材料的成凝胶时间，同时提高了对皮肤的粘合能力；最后，与早期的合成方法相比，酯键的引入缩短了水凝胶的降解时间，与人体愈合的速率更加匹配。

3、本发明提供了一种聚乙二醇衍生物，包括具有式(ⅱa)结构的主链和具有式(iib)结构的端基。

4、

5、按照本发明，所述聚乙二醇衍生物为式(iic)、式(iid)、式(iie)、式(iif)和式(iig)中任一种：

6、

7、

8、其中，a为聚合度，1≤a≤1000；

9、b为聚合度，1≤b≤1000

10、c为聚合度，1≤c≤1000

11、d为聚合度，1≤d≤1000

12、e为聚合度，1≤e≤1000

13、本发明还提供了一种如权利要求1或2所述的聚乙二醇衍生物的制备方法，包括以下步骤：

14、a)将1，3-二甲氧基-1，3-二氢异苯并呋喃-5-羧酸和端基是羟基的聚乙二醇反应，得到反应产物；

15、b)将所述反应产物脱保护，得到聚乙二醇衍生物。

16、反应式如下：

17、

18、本发明首先将1，3-二甲氧基-1，3-二氢异苯并呋喃-5-羧酸和端基是羟基的聚乙二醇溶于有机溶剂，通过酯化反应、三氟乙酸脱保护、透析和冻干直接得到。

19、所述1，3-二甲氧基-1，3-二氢异苯并呋喃-5-羧酸的摩尔当量优选为羟基的1～3倍；优选为2倍；所述有机溶剂优选为无水的二氯甲烷；所选的酯化催化剂优选为edci和dmap。

20、所述反应的时间为24～72h，优选为48h；所述反应的温度为10～40℃，优选为25℃。

21、得到反应产物后，本发明将所述反应产物进行脱保护，透析和冷冻干燥，得到聚乙二醇衍生物。

22、所述脱保护采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。本发明优选采用三氟乙酸和水的混合溶剂；所述混合溶剂的体积为反应产物质量的5～10倍，优选为5倍；所述脱保护的时间为0.5～2h，优选为1h；所述脱保护的温度为15～40℃，优选为25℃。

23、所述透析和冷冻干燥采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。

24、按照本发明，所述1，3-二甲氧基-1，3-二氢异苯并呋喃-5-羧酸按照以下方法制备：

25、1)将3，4-二甲基苯甲酸通过溴代反应，制备3，4-二(二溴甲基)苯甲酸；

26、2)将3，4-二(二溴甲基)苯甲酸进行水解得到3，4-二甲酰基苯甲酸；

27、3)将3，4-二甲酰基苯甲酸与甲醇、催化剂反应得到1，3-二甲氧基-1，3-二氢异苯并呋喃-5-羧酸。

28、反应式如下：

29、

30、1，3-二甲氧基-1，3-二氢异苯并呋喃-5-羧酸的制备方法首先将3，4-二甲基苯甲酸通过溴代反应，制备3，4-二(二溴甲基)苯甲酸。

31、本发明所述溴化反应采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。本发明采用n-溴代丁二酰亚胺为溴化试剂，过氧化苯甲酰为自由基引发剂，四氯化碳为溶剂进行溴化反应。

32、所述n-溴代丁二酰亚胺的摩尔当量为3，4-二甲基苯甲酸的3～5倍，优选为4倍；所述过氧化苯甲酰的摩尔当量为3，4-二甲基苯甲酸的0.05～0.5倍，优选为0.1倍；所述四氯化碳的体积(ml)为3，4-二甲基苯甲酸质量(g)的10～50倍，优选为20倍。

33、所述溴化反应的温度为70～90℃，优选为81℃；所述溴化反应的时间为10～20h，优选为15h。

34、溴化反应结束后，将反应混合物过滤；滤饼选用乙醚洗涤；将全部滤液合并浓缩后，真空抽干；将固体产物在乙腈中重结晶，得到3，4-二(二溴甲基)苯甲酸。

35、本发明优选采用旋转蒸发仪进行浓缩；优选浓缩温度为30℃；优选浓缩至10％的液体体积。

36、所述重结晶采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。

37、本发明将3，4-二(二溴甲基)苯甲酸进行水解反应得到3，4-二甲酰基苯甲酸。

38、所述水解反应采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。本发明优选将3，4-二(二溴甲基)苯甲酸溶于碳酸钠的水溶液进行水解反应。

39、所述碳酸钠水溶液的质量-体积浓度为10％；所述碳酸钠水溶液的体积为3，4-二(二溴甲基)苯甲酸质量的5-20倍，优选为10倍。

40、所述水解反应的温度为60～80℃，优选为70℃；所述水解反应的时间为3-5h，优选为4h。

41、水解反应结束后，选用浓盐酸将反应液的ph调至0～3，优选为1；选用乙酸乙酯进行萃取；浓缩、真空抽干后得到3，4-二甲酰基苯甲酸。

42、本发明将3，4-二甲酰基苯甲酸与甲醇、催化剂反应得到1，3-二甲氧基-1，3-二氢异苯并呋喃-5-羧酸。

43、所述催化剂优选为三氟甲烷磺酸钪；所述反应的温度为10～40℃，优选为25℃；所述反应的时间为6～24h，优选为12h。

44、反应结束后，粗产物提纯通过以下两种方式任选其一，优先选用方法2：

45、1通过硅胶柱层析进行提纯，得到1，3-二甲氧基-1，3-二氢异苯并呋喃-5-羧酸。所述柱层析的流动相优选为正己烷和乙酸乙酯，体积比为3：1。

46、2粗产物用5％氢氧化钠溶液溶解，此时羧酸变为羧酸钠，并用乙酸乙酯洗涤，保留水相。水相用浓盐酸调节至ph＝5，用乙酸乙酯萃取三次。有机相合并旋干浓缩得到提纯后的1，3-二甲氧基-1，3-二氢异苯并呋喃-5-羧酸。

47、含有酯键的邻苯二醛封端聚乙二醇的制备采用本领域技术人员熟知的方案即可。酯化反应所用的有机溶剂优先使用二氯甲烷，脱保护所选的有机酸为50％三氟乙酸水溶液，溶液体积与固体质量的优选质量-体积比为1g/10ml,优选反应温度为25℃。

48、本发明还提供了一种聚乙二醇水凝胶，由聚乙二醇衍生物和端基含氨基的聚乙二醇之间经化学键连接而成，所述聚乙二醇衍生物为权利要求1或2所述的聚乙二醇衍生物。

49、其中，所述端基含氨基的聚乙二醇包含具有式(iva)结构的主链和具有式(ivb)、式(ivc)和式(ivd)中任一种结构的端基；

50、

51、按照本发明，所述端基含氨基的聚乙二醇的主链为式(va)、式(vb)、式(vc)、式(vd)和式(ve)中任一种：

52、

53、

54、其中，a为聚合度，1≤a≤1000；

55、b为聚合度，1≤b≤1000

56、c为聚合度，1≤c≤1000

57、d为聚合度，1≤d≤1000

58、e为聚合度，1≤e≤1000

59、r为具有式ivb、ivc和ivd中任一种。

60、本发明还提供了一种聚乙二醇水凝胶的制备方法，由包含聚乙二醇衍生物、端基含氨基的聚乙二醇和溶剂制备而成。

61、在本发明中，所述聚乙二醇水凝胶的制备过程包括：

62、(1)配制所述聚乙二醇衍生物的溶液1；

63、(2)配制所述端基含氨基的聚乙二醇的溶液2；

64、(3)将所述溶液1和所述溶液2进行混合，即经化学反应得所述聚乙二醇水凝胶。

65、所述溶液1中，所述聚乙二醇衍生物的质量-体积浓度为1～1000mg/ml，优选为10～200mg/ml。

66、所述溶液2中，所述端基含氨基的聚乙二醇的质量-体积浓度为1～1000mg/ml，优选为10～200mg/ml。

67、所述溶液1和溶液2配置所用的溶剂选自水、生理盐水或缓冲溶液，所述缓冲溶液选自磷酸盐缓冲溶液。

68、所述聚乙二醇衍生物与所述端基含氨基的聚乙二醇的质量比为1：0.01～100，优选为1：0.1～10。

69、本发明提供的聚乙二醇衍生物具有良好的水溶性和生物相容性，其末端的邻苯二醛可以与多种基团发生化学反应。

70、由于邻苯二醛基团与氨基、(酰)肼基和胺氧基的高反应活性，将本发明提供的聚乙二醇衍生物与端基含氨基的聚乙二醇混合，即可制备化学交联水凝胶。与前期的工作相比，本发明利用羟基与羧基直接进行酯化反应，提高基团接枝率，从而提高水凝胶的成胶速率。同时，酯键的引入也能加快水凝胶的降解时间。

71、本发明端基为邻苯二醛的聚乙二醇衍生物水凝胶，可以与端基为氨基、(酰)肼基或胺氧基的聚乙二醇发生高效的偶联反应。其成胶速率快，力学强度高。在实际应用中，可以作为组织粘合剂在临床中使用。理想的组织粘合剂应该具有较强的组织粘附性、良好的生物相容性，可控降解，快速成凝胶和快速止血等功能。本专利通过工艺的优化，与早期的专利(申请号：202010455951.3)相比，提高了邻苯二醛的接枝率(接枝率提高13％)，缩短了材料的成胶时间，降解时间，并增加了水凝胶的粘合强度。