专利名称：氨基酸缩聚物及其水解产物的制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及氨基酸缩聚物或其生物可降解多肽水解产物的制备方法，即在少量磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸存在下通过氨基酸在粉末介质中的热缩聚制备，随后也可以进行水解。
已知在磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸存在下通过天冬氨酸的热缩聚制备聚脱水天冬氨酸。
已提出为了获得限定摩尔质量的聚琥珀酰亚胺应在常压下操作，而要获得高摩尔质量的聚琥珀酰亚胺则应在更低的压力下操作。
S.W.Fox和K.Harada(A Laboratory Manual of AnalyticalMethods of Protein Chemistry，Including Polypeptides—Pergamon Press，Elmsford，N.Y.—1996—P.129)指出在常压及H3PO4存在下获得最佳产率的条件是温度为180℃，H3PO4/天冬氨酸摩尔比为3/4；在天冬氨酸/谷氨酸混合物的摩尔比为2∶1的情况下，获得最佳效果的条件是H3PO4/(天冬氨酸＋谷氨酸)的摩尔比为2/3。
S.W.Fox和K.Harada在US—A—3,052,655中还提出，在常压及150—210℃下在等摩尔的H3PO4存在下进行天冬氨酸/谷氨酸混合物的缩聚反应。
专利申请FR—A—2,059,475讨论了在减压及170—200℃下天冬氨酸在薄层中进行的缩聚反应，其中H3PO4的用量满足85％H3PO4/天冬氨酸的重量比为0.5。
P.N eri、G.Antoni、F.Benvenuti、F、Cocala和G.Gazzei(Journal of Medicinal Chemistry，1973，Vol.16，No.8)研究了在180℃及减压条件下在薄层中进行缩聚反应生产聚琥珀酰亚胺的过程中，H3PO4/天冬氨酸摩尔比对所得聚琥珀酰亚胺粘度的影响，测试所用的H3PO4/天冬氨酸摩尔比从0.4/1到2/1。
专利申请DD—A—262,665讨论了在160—200℃及减压条件下、在多聚磷酸存在下的天冬氨酸的缩聚反应，其中多聚磷酸/天冬氨酸之比为1/3到2/1。
FR—A—2,665,166中已提出，为了制得高分子量的聚琥珀酰亚胺，在100—250℃及减压条件下、在磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸存在下，进行天冬氨酸的缩聚反应，其中磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸/天冬氨酸之比为0.1/1到2/1，优选0.3/1到1/1。其操作分两步，第一步是制备分子量为10,000～100,000的聚琥珀酰亚胺，第二步是机械破碎坚硬致密的反应介质，并且继续进行缩聚反应。
所有这些方法都存在一些缺陷，即需要使用大量的磷酸或多磷酸(随后需被除去)；反应介质需要通过多少带粘性的物相，因而产生大量泡沫(这些泡沫需消去)；其后在缩聚反应后期介质产生固化(最后必须粉碎)。这些过程在工业上是难以实现的。
本申请人已发明一种方法，该方法中使用的磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸可有益地低于40mol％，且不产生泡沫，反应介质也不会固化。
本发明方法是制备氨基酸缩聚物及其多肽水解产物的方法，即在作为缩聚催化剂的磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸的存在下，使氨基酸进行热缩聚反应来制备，随后也可以进行水解，该方法的特征在于缩聚反应在粉末介质中进行，相对于每摩尔氨基酸，该粉末介质中含有0.005～0.25mol、优选0.01～0.18mol均匀分散在该粉末介质中的催化剂。
在定义一摩尔催化剂时，在使用磷酸的情况下以分子为基本单位，在使用五氧化二磷及多聚磷酸的情况下以P原子为基本单位(一个P原子相当于一分子的磷酸)。
在定义一摩尔氨基酸时，所用的基本单位应为分子。
在本发明方法可使用的氨基酸中，可提及的是天冬氨酸或谷氨酸，它们可以单独使用或两者以任意比混合使用，或与另一种氨基酸(如15wt％、优选小于5wt％的甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、组氨酸、脯氨酸、赖氨酸、丝氨酸、色氨酸、半胱氨酸等)混合使用。优选的氨基酸是天冬氨酸。
热缩聚操作可以在150—220℃、优选180—220℃下进行。所述操作可以在选定温度下或预置温度程序下进行。
该热缩聚操作也可在减压(优选1毫巴以上)、常压或加压(如20巴)下进行，这取决于产物所需的摩尔质量。
任何能引入上述含量的催化剂，形成催化剂均匀分散于其中的粉状混合物的方法都适用。
在本发明可能的实施例中，可提及的是那些实施例，即其中进行缩聚反应且内含均匀分布的催化剂的粉状反应介质是通过以下方法制得
—将氨基酸和磷酸或多聚磷酸的混合物与水形成糊膏，在常压、优选在减压条件下蒸发其中的水份，然后粉碎所得物；—将氨基酸和磷酸或多聚磷酸溶于水、优选热水中，随后将该溶液进行喷淋；—将氨基酸在磷酸或多聚磷酸水溶液中形成的悬浮液进行喷淋；—在氨基酸流化床上蒸发磷酸或多聚磷酸水溶液；—也可以将五氧化二磷和氨基酸一起碾碎或微粉化。
特别有利的方法为用磷酸或多聚磷酸作催化剂，将磷酸或多聚磷酸引入到氨基酸中，加入一定量的水使混合物均质化形成均相糊膏状介质(优选每1份重氨基酸使用0.4～1份重的水)，常压、优选减压(通常低于10,000Pa)条件下干燥除去混合物中多余的水份，碾碎生成物，得到粉状介质，然后进行缩聚反应。
“多余水份”应理解为在干燥温度及压力下与磷酸或多聚磷酸不平衡的那部分水份。
如果需要，可以分离、过滤、纯化和干燥根据本发明获得的聚酰亚胺。
如果需要，可以将催化剂从聚酰亚胺中分离出来，即用水或其它可溶解催化剂而不溶解聚酰亚胺的溶剂对混合物进行清洗。
纯化聚酰亚胺的方法可以是将其溶于极性非质子溶剂(二甲基甲酰胺、甲酰胺、二甲基亚砜等)，然后加入该聚酰亚胺的非溶剂化合物(水、醚、乙醇、丙酮等)使聚酰亚胺再沉淀。
所得的聚酰亚胺(无论有没有经过分离的)可以再进行水解，优选在水存在下加入碱性物(碱金属或碱土金属碱、碱金属或碱土金属碳酸盐等)，如果需要，在均相或两相介质中进行水解；对于从天冬氨酸制得的聚琥珀酰亚胺，这样得到的水解产物中包含聚天冬氨酸盐(如聚天冬氨酸钠)。
例如，可以通过加有机或无机酸(尤其是HCl)中和上述碱解过程所得的碱性盐，获得酸形式的水解产物；对于从天冬氨酸制得的聚琥珀酰亚胺，这样获得的水解产物包含聚天冬氨酸。
根据本发明，“水解产物”是指形成的聚酰亚胺部分或全部水解(通过水的作用)生成的产物；通过打开酰亚胺环，这种水解作用一方面生成了酰胺官能团，另一方面生成了羧酸官能基或羧酸盐。
根据本发明方法制备的产物尤其适于作生物可降解的多肽活性剂或活性助剂，其作用是提高洗涤剂组合物(织物洗涤剂、餐具洗涤剂或其它家用洗涤剂产品)中表面活性剂性能(活性剂或活性助剂被认为是一种“洗剂”或“助洗剂”)。
本发明用以下实施例来说明。
以下实施例中的粘度指数(IV)是用SCHOTTAVS 350毛细管粘度计来测定，所用试样是—将一定量的聚琥珀酰亚胺(PSI)溶解于0.5N的氢氧化钠中，得到25℃下浓度为0.002g/ml的溶液(粘度指数VI1)，—或者将一定量的聚琥珀酰亚胺(PSI)溶于二甲基甲酰胺中，得到25℃下浓度为0.005g/ml的溶液(粘度指数VI2)。
这些实施例中的水解产物的生物降解能力是按照AFNOR标准T90—312(依照1984年10月15日颁布的国际标准ISO 7827)来测定的。
使用以下材料完成测试—培养液，通过过滤从Saint Germain au Mont d’Or(Rhone)城市水净化厂的原料水而获得，原样或放置一段时间后使用，—实验培养基，含4×105细菌/ml，—一定量待测试的产品，使实验培养基中含40ml/g的有机碳。
在释放到河水中的条件下，测定不同时间后的生物可降解度。
这种测量方法中，测试的样品是通过水解聚琥珀酰亚胺的氢氧化钠稀溶液获得，水解过程直至产生约6％的聚天冬氨酸钠溶液，其PH值为9～11。
生物可降解能力的水平用下列2个参数来表征·最高生物降解速率(MRB)，·从最高生物降解速率的10％的速率到最大生物降解速率的90％的速率需经历的时间(t10—90)。根据HUNTER L.a.b方法测定颜色聚琥珀酰亚胺粉末及其水解产物的颜色用ACS SPECTRO—SENSORII光谱色度仪来测定。—测试条件·光源D65·观察角2°测量的三个值是·L发光度，范围从0(黑色)到100(白色)·a颜色，红色(正值)/绿色(负值)·b颜色，黄色(b为正值)/兰色(b为负值)这三个值是根据下式由测量值计算而得L＝100(Y/Yo)1/2，a＝Ka(X/Xo—Y/Yo)/(Y/Yo)1/2，b＝Kb(Y/Yo—Z/Zo)/(Y/Yo)1/2X、Y、Z样品对应于三原色所产生的三色激励值；Xo、Yo、Zo所用的日光光源的三色激励值；Ka、Kb所用光源对应的系数实施例1如下制备粉状反应混合物—在一个搪瓷盘上，将20g 85％的原磷酸与400g L—天冬氨酸掺混，并加入320g水搅成糊膏状，—然后在炉内蒸发其中水份并进行真空干燥，40℃及6,000Pa条件下干燥16小时，80℃及6,000Pa条件下干燥21小时，—用盘式冲击研磨机碾碎所得的416.7g混合物。
将51.8g所得粉状混合物加到预热至200℃(油浴温度)的250ml的旋转蒸发仪烧瓶中。该瓶的旋转速率是20rpm。
在200℃及常压下缩聚4小时后，不经水洗可回收42.0g产品，这对应着聚脱水天冬氨酸(聚琥珀酰亚胺PSI)的产率为72.0％(由电位分析所证实)。
在缩聚操作过程中没观察到反应物结块。
产物的粘度指数VI1＝13.6ml/g，HUNYER颜色测定法中L＝91.2a＝1.3b＝10.2实施例2如下制各粉状反应混合物—在搪瓷盘上将80g 85％的原磷酸与800g L—天冬氨酸进行掺混，再加640g水搅成糊膏状，—然后在炉内蒸发其中水份并进行真空干燥，40℃及6,000Pa条件下干燥20小时，80℃及6,000Pa条件下干燥25小时，80℃及650Pa条件下干燥2小时，—用盘式冲击研磨机碾碎所得的867.9g混合物。
将所得的53.4g粉状混合物加入到预热至200℃(油浴温度)的250ml的旋转蒸发仪烧瓶中。该瓶的旋转速率是20rpm。
在200℃及常压下缩聚4小时后，不经水洗可回收41.0g产品，对应着聚脱水天冬氨酸(聚琥珀酰亚胺PSI)的产率为92.0％(由电位分析所证实)。
在缩聚操作中没观察到反应物结块。
产物的粘度指数VI1＝15.7ml/g，HUNTER颜色测定法中L＝90.7a＝0.4b＝10.8所得聚酰亚胺如上进行水解，其水解产物的生物可降解能力如下MRB97％t10—907天实施例3如下制备粉状反应混合物—在安装有一个250ml的烧瓶的旋转蒸发仪中，将7.5g 85％的原磷酸与50g L—天冬氨酸进行掺混，加入21g水搅成糊膏状，—然后在该旋转蒸发仪中在80℃下蒸发其中水份并进行真空干燥，4,600Pa压力下干燥35分钟，1300Pa压力下干燥4小时，—用研钵碾碎所得的56.3g混合物。
将55.2g该粉状混合物加入到预热至200℃(油浴温度)的250ml的旋转蒸发仪烧瓶中。该瓶的旋转速率为20rpm。
在200℃及常压下缩聚4小时后，不经水洗可回收42.3g产物，这对应着聚脱水天冬氨酸(聚琥珀酰亚胺PSI)的产率为100％(由电位分析证实)。
在缩聚初期观察到了反应介质结块，轻轻触动反应介质即可消除这种结块；试验在不发生固化的粉状介质中进行。
产物的粘度指数VI1＝14.7ml/g，HUNTER颜色测定法中L＝90.4a＝-0.7b＝11.1实施例4如下制备粉状反应混合物—在装有250ml的烧瓶的旋转蒸发仪中，将2.5g 85％的原磷酸与50g L—天冬氨酸进行掺混，加入20g水搅成糊膏状，—然后在旋转蒸发仪内在80℃下蒸发其中水份并进行真空干燥，6,000Pa条件下干燥20分钟，1300Pa下干燥4小时，—用研钵碾碎所得的52.2g混合物。
将51.9g该粉状混合物加入预热至200℃(油浴温度)的1升旋转蒸发仪烧瓶中。该瓶的旋转速率为20rpm。
在180℃及常压下缩聚6小时后，不经水洗可回收44.0g产品，这对应着聚脱水天冬氨酸(聚琥珀酰亚胺PSI)的产率为60％(由电位分析所证实)。
在缩聚过程中没观察到结块现象。
产品的粘度指数VI2为12.9，HUNTER颜色测定法中L＝93.3a＝0.3b＝8.2实施例5如下制备粉状反应混合物—在装有250ml烧瓶的旋转蒸发仪中，将5.0g 85％的原磷酸与50g L—天冬氨酸掺混，加入20g水搅成糊膏状，—然后在该旋转蒸发器中在80℃下蒸发其中水份并进行减压干燥，8,000Pa条件下干燥1小时20分钟，1300Pa条件下干燥2小时30分钟，—用研钵碾碎所得的54.3g混合物。
将53.8g该粉状混合物引入预热至200℃(油浴温度)的250ml旋转蒸发瓶中。该瓶的旋转速率20rpm。
在180℃及常压下缩聚6小时后，不经水洗可回收42.0g产品，这对应着聚脱水天冬氨酸(聚琥珀酰亚胺PSI)的产率为91％(由电位分析所证实)。
在缩聚过程中没观察到结块现象。
产品的粘度指数VI1为13.9，HUNTER颜色测定法中L＝94.1a＝-0.9
b＝7.2该聚琥珀酰亚胺如上进行水解；其水解产物的生物可降解能力如下MRB94％t10—905天实施例6如下制备粉状反应混合物—在装有250ml烧瓶的旋转蒸发仪中，将7.5g 85％的原磷酸与50g L—天冬氨酸进行掺混，加入20.3g水搅成糊膏状，—然后在该旋转蒸发仪中在80及真空条件下蒸发其中水份，4,600Pa条件下蒸发30分钟，650Pa条件下蒸发4小时，—用研钵碾碎所得的56.6g混合物。
将55.4g该粉状混合物加入到预热至200℃(油浴温度)的250ml旋转蒸发瓶中。该瓶的旋转速率为20rpm。
在180℃及常压下缩聚6小时后，不经水洗可回收42.9g产品，这对应着聚脱水天冬氨酸(聚琥珀酰亚胺)的产率为97％(由电位分析所证实)。
缩聚初期观察到了反应介质结块，轻轻触动反应物即可消除该结块；试验在没产生固化的粉状介质中进行。
产物的粘度指数VI1为14.7，HUNTER颜色测定法中L＝92.8a＝-0.9b＝8.8实施例7
如下制备粉状反应混合物—在装有3升烧瓶的旋转蒸发仪中，将20g 85％的原磷酸与400gL—天冬氨酸进行掺混，加入320g水搅成糊膏状，—然后在该旋转蒸发仪内在80℃及真空条件下蒸发其中水份，在2,600Pa条件下蒸发1小时，在1,300Pa条件下蒸发4小时15分钟，随后在炉内在80℃及6,600Pa条件下再干燥65小时，—用研钵碾碎所得的413g混合物，将50g该粉状混合物加入到预热至200℃(油浴温度)的250ml旋转蒸发仪烧瓶中。该瓶的旋转速率为20rpm。
在180℃及真空(1,300Pa)条件下缩聚6小时后，不经水洗可回收39.7g产品，这对应着聚脱水天冬氨酸(聚琥珀酰亚胺PSI)的产率为79％(由电位分析所证实)。
在缩聚过程中没观察到结块现象。
产物的粘度指数VI1为33.6，HUNTER颜色测定法中L＝89.7a＝0.8b＝13.5实施例8如下制备粉状反应混合物—在装有250ml烧瓶的旋转蒸发仪中，将7.8g 85％的原磷酸与50gL—天冬氨酸进行掺混，加入20g水搅成糊膏状，—然后在该旋转蒸发中内在80℃及真空条件下蒸发其中水份，在4,600Pa条件下蒸发35分钟，在1,300Pa条件下蒸发4小时，—用研钵碾碎所得的56.3g混合物。
将55.5g该粉状混合物加入到预热至200℃(油浴温度)的250ml旋转蒸发仪烧瓶中。该瓶的旋转速率为26rpm。
在200℃及真空(1,300Pa)条件下缩聚3小时后，不经水洗可回收41.8g产品，这对应着聚脱水天冬氨酸(聚琥珀酰亚胺PSI)的产率为100％(由电位分析所证实)。
在缩聚初期观察到了反应介质结块，通过轻轻触动反应物可消除这种结块；试验在没产生固化的粉状介质中进行。
产物的粘度指数VI2为16.6ml/g，HUNTER颜色测定法中L＝89.7a＝-0.5b＝14.3比较实施例9将以下物质加入到2升旋转蒸发仪烧瓶内—50g L—天冬氨酸—25g 85％的原磷酸反应物在180℃(油浴温度)及常压下加热4小时，该瓶的旋转速率为90rpm(避免泡沫产生所要求的速率；低转速下如20rpm，泡沫从瓶口溢流)。
在缩聚过程中，形成了粘性中间相，其体积有轻微膨胀，其后反应介质产生固化。
所得反应物放入研钵，然后用3×1.8升水清洗，再在60℃及8,000Pa条件下干燥31小时。
34.85g PSI被回收(相当于95.6％的产率)。
产物的粘度指数VI2为11.3ml/g，HUNTER颜色测定法中
L＝92.0a＝-0.3b＝6.9比较实施例10将以下物质加入到2升旋转蒸发仪烧瓶中—50g L—天冬氨酸—25g 85％的原磷酸反应物在180℃(油浴温度)及1,300Pa条件下加热2小时35分钟，该瓶旋转速率为90rpm，(避免反应介质起泡所要求的速率)。
在缩聚过程中，形成了粘性中间相，其后反应介质固化。
所得反应物放入研钵内，用3×1.6升水清洗，随后在60℃及8,000Pa条件下干燥51小时。
37.2g PSI被回收(相当于100％的产率)。
产物的粘度指数VI2为32.5ml/g，HUNTER颜色测定法中L＝88.8a＝-0.0b＝11.6。
权利要求
1.制备氨基酸缩聚物及其多肽水解产物的方法，即在磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸缩聚催化剂存在下通过氨基酸的本体热缩聚来制备，也可以随后进行水解，该方法的特征在于缩聚操作在粉状介质中进行，相对于每分子的氨基酸该粉状介质中含有0.005～0.25mol、优选0.01～0.18mol均匀分散在该介质中的催化剂。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所用的氨基酸是天冬氨酸或谷氨酸，它们可以单独使用或两者以任意比例混合使用，或与另外一种氨基酸混合使用。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，热缩聚的操作温度是150～220℃、优选180～220℃。
4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，进行缩聚反应且内含均匀分散的催化剂的粉状反应介质如下制备—将氨基酸与磷酸或多聚磷酸的混合物与水搅成糊膏状，在常压、优选在真空条件下蒸发除去其中水份，随后碾碎所得物，—将氨基酸和磷酸或多聚磷酸溶于水、优选热水中，随后将溶液进行喷雾，—将氨基酸在磷酸或多聚磷酸水溶液中形成的悬浮液进行喷雾，—在氨基酸流化床上蒸发磷酸或多聚磷酸水溶液，—将五氧化二磷与氨基酸一起进行碾碎或微粉化。
5.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，所用催化剂为磷酸或多聚磷酸，并且进行缩聚反应且内含均匀分散的催化剂的粉状反应介质如下制备将磷酸或多聚磷酸引入到氨基酸中，加一定量的水(优选1份重氨基酸加0.4～1份重的水)使该混合物形成糊膏状，通过常压、优选真空(通常低于10,000Pa)干燥除去混合物中多余的水份，碾碎所得物即制成粉状介质。
6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于，热缩聚生成的聚酰亚胺缩聚物在碱性试剂水溶液中分解成多肽盐，然后该盐也可以通过加入无机或有机酸中和而形成多肽酸。
7.上述权利要求中任一项所获得的缩聚物及其水解产物用作生物可降解的多肽活性剂或活性助剂以提高洗涤剂组合物中表面活性剂(“洗剂”或“助洗剂”)的性能。
全文摘要
氨基酸缩聚物或其多肽水解产物的制备方法，即在磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸(催化剂)存在下通过氨基酸在粉状介质中的本体热缩聚制备，也可以随后进行水解，其中催化剂均匀分散在所述粉状介质中。所述粉状介质可以通过先使氨基酸和催化剂与水形成糊膏，再除去水分并碾碎而制得。聚酰亚胺缩聚物或其多肽水解产物在洗涤剂组合物中的应用。
文档编号C08G69/10GK1128771SQ9511821
公开日1996年8月14日 申请日期1995年10月10日 优先权日1994年10月12日
发明者J·L·里佩吉 申请人:罗纳·布朗克化学公司