線/環狀拓撲結構聚氨基酸的快速合成法

聚氨基酸類材料(也稱聚多肽)具備優異生物相容性和可生物降解性以及含有豐富的側鏈官能團結構，成為一類潛在的聚乙二醇(PEG)替代物, 已廣泛用於蛋白藥物的修飾、手術縫線和人工面板等領域。聚氨基酸拓撲結構的調控是高分子合成化學研究的一個熱點，目前，人們已經成功開發了一系列開環聚合反應來製備線形(嵌段)結構、星形結構和梳形結構聚氨基酸，然而對於環狀拓撲結構聚氨基酸的研究甚少，快速高效製備可控環狀聚氨基酸仍然策手無策。傳統的胺及其衍生物引發的開環聚合反應可以得到線型聚氨基酸，但聚合反應時間需要3-7天，並且通常伴隨副反應；採用新型催化劑和優化聚合反應條件雖然在一定程度上彌補了這些缺點，但很難得到可控分子量的聚氨基酸。

最近，韓國釜山大學Il Kim教授、張宇博士以及復旦大學劉仁傑博士等組成的研究團隊

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通過巧妙的設計，首次利用了碳酸氫咪唑鎓鹽作為開環聚合的預催化劑，從簡單的N-羧基-α-氨基環內酸酐單體出發合成一系列的線/環狀聚氨基酸，並通過多種分析檢測手段進行佐證。研究發現，單體轉化率在聚合反應10分鐘內可達到70%(主要取決於單體和碳酸氫咪唑鎓鹽種類)。該研究不僅拓寬了以往報道的N-羧基-α-氨基環內酸酐開環聚合策略，大大縮短了聚合反應時間，併成功實現了可控的線/環狀聚氨基酸製備。

作者分別使用了4種位阻和電子特性不同的碳酸氫咪唑鎓鹽來開環聚合4種類型的N-羧基-α-氨基環內酸酐單體(非極性側鏈、苄基或苄氧基氨基甲酸酯保護的極性側鏈、酸性側鏈和鹼性側鏈)，從而製備出多種不同側鏈的線/環狀聚氨基酸，並通過核磁共振(NMR)、體積排阻色譜(SEC)和基質輔助鐳射解吸-飛行時間質譜儀(MALDI-TOF)對線/環狀聚氨基酸進行表徵，進一步確認了聚合物的分子結構。初步的動力學研究表明該聚合反應具有可控性，作者進一步利用該聚合反應合成兩嵌段的線/環狀聚氨基酸。首先，碳酸氫咪唑鎓鹽2b催化L-穀氨酸苄酯-N-羧酸酐(Bn-Glu NCA，1g)單體開環聚合得到大分子引發劑l/c-PBLG，待1g完全轉化後，l/c-PBLG端基開環聚合L-賴氨酸苄氧基氨基甲酸酯-N-羧酸酐(Z-Lys NCA，1f)，共聚物l/c-(PBLG-b-PZLL)分子量進一步增加，同時共聚物分散度Đ< 1.4。

以上結果在發展製備線/環狀可控共聚氨基酸的化學方法的同時，也進一步顯示了該方法在合成側鏈功能性高分子材料方面具有的潛在價值。該項研究工作發表於自Nature旗下新刊Communications Chemistry ，並且該項研究成果已獲得了專利保護。

全文連結：

https://doi.org/10.1038/s42004-018-0040-0

來源：高分子科學前沿

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