第44卷第5期應(yīng)用化工Vol. 44 No. 52015年5月Applied Chemical IndustryMay 2015高碘酸氧化法制備端氨基聚乙二醇的研究.陳陽(yáng)建'2,許麗麗',張新波',彭富君”,宋瀟達(dá)”( 1.浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校生物與制藥學(xué)院,浙江寧波315100;2.中國(guó)藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇南京210009 )商要:單甲氧基聚乙二醇50000 mPEG5000 )和對(duì)甲苯磺酰氯( p-TsCl )磺酸酯化, 得到單甲氧基聚乙二醇對(duì)甲苯磺酸酯( mPEG5000-OTs ),與乙醇胺親核取代反應(yīng),獲得末端具有β氨基醇結(jié)構(gòu)的聚乙二醇中間體,用高碘酸鹽氧化,得相對(duì)分子質(zhì)量5000的端氨基聚乙二醇( mPEG5000-NH2 ),總收率75. 1% ,產(chǎn)物結(jié)構(gòu)通過(guò)IR和'H NMR進(jìn)行表征關(guān)鍵詞:端氨基聚乙二醇;高碘酸氧化;乙醇胺;親核取代;β-氨基醇中圖分類號(hào):TQ 314.2;0633. 1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1671 -3206( 2015 )05 -0972 -04Preparation of amino-terminated poly( ethylene glycol ) byperiodate oxidationCHEN Yang-jian'.2 ,XU Li-li' ,ZHANG Xin-bo' ,PENG Fu-jun2 ,SONG Xiao-da2( l. School of Biology and Pharmaceutics , Zhejiang Pharmaceutical College , Ningbo 315100 , China;2. School of Life Science and Technology ,China Pharmaceutical University , Nanjing 210009 , China )Abstract: Monomethoxy poly( ethylene glycol ) tosylate ( mPEG5000-OTs ) was synthesized by sulfonicesterification from monomethoxy poly( ethylene glycol ) 5000 ( mPEG5000 ) and p-toluenesulfonyl chloride( p-TsCl ),and then reacted with ethanolamine as nucleophile to produce a new poly( ethylene glycol ) in-termediate with the β-amino alcohol structure at the end. Amino-terminated poly( ethylene glycol )( mPEG5000-NH, ) with the relative molecular mass of 5 000 was 75. 1 %. The structures of products werecharacterized and identified by IR and 'H NMR.Key words: amino-terminated poly( ethylene glycol ); periodate oxidation; ethanolamine ; nucleophilicsubstitution; β-amino alcohol聚乙二醇( PEG )是一種用途極廣的高分子化合重要中間體之一。其制備方法主要有:高壓反應(yīng)釜物,在生物醫(yī)藥中，PEG因具有兩親性和良好的安氨化法、蓋布瑞爾合成法、疊氮化鈉/催化加氫還原全性、生物相容性,且無(wú)活性、也無(wú)毒副作用，故作為法Mitsunobu-Staudinger法等79]。這些合成方法往輔料被廣泛應(yīng)用于藥物制劑以及藥物的緩釋、靶向往反應(yīng)條件苛刻,需要用到高壓反應(yīng)釜等設(shè)備,或者研究12],還可以通過(guò)共價(jià)連接于蛋白質(zhì)或多肽以改需使用一些毒性較大且危險(xiǎn)的試劑(如水合肼、疊善蛋白、多肽類藥物的生物化學(xué)特性和藥動(dòng)學(xué)性氮化鈉等),并且反應(yīng)步驟繁瑣。質(zhì)34,甚至用于小分子藥物的修飾'5]。由于PEG本文選用單甲氧基聚乙二醇5000( mPEG5000 )的末端羥基反應(yīng)活性很小，難以參與下一步的化學(xué)為原料，與對(duì)甲苯磺酰氯( p-TsCl )反應(yīng),獲得.反應(yīng),直接應(yīng)用受到局限,通常需要將末端羥基轉(zhuǎn)變mPEG5000-OTs,然后與乙醇胺通過(guò)親核取代反應(yīng)獲為活性更高的基團(tuán),如氨基、羧基、醛基等活性基得中間體,再用高碘酸鈉氧化,獲得單甲氧基聚乙二團(tuán)6,其中,端氨基聚乙二醇是一-種用途廣泛的醫(yī)醇氨基( mPEG5000-NH2 )。該方法原料易得、操作藥化工原料,也是制備其他活性末端PEG衍生物的簡(jiǎn)便具有較高的應(yīng)用價(jià)值_目前尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。中國(guó)煤化工收稿日期:2014-12-31修改稿日期:2015-03-06IYHCNMHG基金項(xiàng)目:浙江省公益性技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目(2014C31158);寧波市日然科學(xué)基金貧叨壩日(2014A610208);浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校校級(jí)科研項(xiàng)目( ZPCSR2013003 )作者簡(jiǎn)介:陳陽(yáng)建(1981-),男,湖南會(huì)同人,浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校講師,主要從事生物制藥技術(shù)和生物新藥的研究。電話:0574 - 88221475 ,E - mail:cyji 0162001 @ 163. com通訊聯(lián)系人:宋瀟達(dá),講師，E - mail :eyj2003cpu@ 126. com第5期陳陽(yáng)建等:高碘酸氧化法制備端氨基聚乙二醇的研究9731實(shí)驗(yàn)部分標(biāo),CDCl,為溶劑); Nicolet Impact 410型紅外光譜儀(KBr壓片);DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌1.1 試劑與儀器單甲氧基聚乙二醇5000( mPEG5000 );對(duì)甲苯器;R-201旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器; SHB-1II-A循環(huán)水式多用真磺酰氯( p-TsCl )、高碘酸鈉均為化學(xué)純;乙醇胺、三空泵。乙胺、二氯甲烷、N,N'-二甲基甲酰胺( DMF ).乙二1.2 合成方法mPEG5000-NH2的合成方法如下:醇、無(wú)水乙醚等均為分析純。Bruker-ACF -500 MHz型核磁共振儀( TMS為內(nèi)of~on0Ep-TsC1otvol}Y、OTsTEA/CHCl1)(2)NH,V OHNaIO,NHTEA/DMF/n(3)(4)1.2.1mPEG5000-OTs(2 )的合成10.0 gOTs的端基轉(zhuǎn)化率相當(dāng)于化合物的純度(根據(jù)其mPEG5000( 1.0 mmol )溶于20 mL無(wú)水二氯甲烷'HNMRδ2.46和δ3.39兩處化學(xué)位移的峰面積比中，加入20mL三乙胺(143.2mmol),邊攪拌,邊滴計(jì)算而得)。加2.0 g對(duì)甲苯磺酰氯( 10. 5 mmol )的無(wú)水二氯甲表1不同反應(yīng)體 系制備mPEG5000-OTs的結(jié)果烷溶液(20mL),1h滴完，于室溫反應(yīng)過(guò)夜。用Table 1 Results of mPEG5000-OTs prepared indifferent reaction systems1 mol/L的鹽酸洗滌有機(jī)相( 25 mLx3 ),再分別用催化劑溶劑收率/%端基轉(zhuǎn)化率/%蒸餾水( 25 mL)、飽和碳酸氫鈉溶液( 25 mL)、飽和食鹽水( 25 mL)各洗1次,用無(wú)水硫酸鈉干燥。過(guò)氫化鈉丙酮65.687.6濾,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至約15mL,滴人150mL冷卻無(wú)蔡鈉74.7水乙醚中,得沉淀,抽濾,真空干燥,無(wú)水乙醇重結(jié)金屬鈉70.7晶,得白色固體粉末9.16 g,收率91.6%。吡啶77.3147.81.2.2 mPEG5000-NH,(4 )的合成取4.0 g化合三乙胺78.297.2物(2)0.8mmol溶于20mL無(wú)水DMF中,加入二氣甲烷91.698.92.0mL乙醇胺(33.3mmol)和4.0mL三乙胺( 28.6 mmol),于80 9C反應(yīng)24 h。加入30 mL水,DMF83. 595. 8用二氯甲烷萃取( 15 mLx3),有機(jī)相合并后蒸干溶由表1可知,①選用氫化鈉、茶鈉和金屬鈉作為劑,殘留物溶于20mL水中，加入0.85g高碘酸鈉催化劑時(shí),實(shí)際上是先將mPEC5000轉(zhuǎn)變?yōu)榇尖c(3.97 mnol),于室溫?cái)嚢?h。加入1.0 mL乙二.(mPEC5000-0Na),即將其末端羥基通過(guò)強(qiáng)堿作用醇,攪拌片刻后,用二氯甲烷萃取( 10 mLx3 ),有機(jī)獲得末端氧負(fù)離子,增強(qiáng)其反應(yīng)活性,再與對(duì)甲苯磺相合并,用飽和食鹽水洗滌(10mLx3),無(wú)水硫酸酰氯反應(yīng),但是這種方法所得產(chǎn)物的收率偏低,端基鈉干燥,過(guò)濾、濃縮后,滴人冷卻無(wú)水乙醚中沉淀,抽轉(zhuǎn)化率最高也只有90.5%;以吡啶作為催化劑時(shí),濾后真空干燥,得白色固體粉末3. 28 g,收率所得產(chǎn)物的端基轉(zhuǎn)化率為147.8%,說(shuō)明在反應(yīng)過(guò)82. 0%。程中PEG有斷鏈產(chǎn)生,且吡啶成本較高、毒性較大;2結(jié)果與討論用三乙胺為催化劑,產(chǎn)物收率達(dá)91.6% ,端基轉(zhuǎn)化2.1 mPEG5000-OTs 的合成率高達(dá)98.9%;②以三乙胺作為催化劑時(shí),用丙酮、制備PEG-OTs的方法較多, -一般都是在堿的催二氯中國(guó)煤化工劑,均能較好地得到中化下,用PEG與過(guò)量的對(duì)甲苯磺酰氯反應(yīng),用到的間YHCNMHG時(shí),能得到更高的收率催化劑有吡啶、三乙胺、氫化鈉、丁基鋰以及有色的和端基轉(zhuǎn)化率,以丙酮為溶劑，反應(yīng)液的顏色較深。烷基金屬等堿性催化劑1012],其中最常用的是吡啶考慮到三者與水的互溶性以及后處理的難易程度,和三乙胺。本文考察了不同催化劑及溶劑體系對(duì)產(chǎn)選擇 二氯甲烷作為反應(yīng)溶劑。物收率及純度的影響,結(jié)果見(jiàn)表1,其中,mPEG5000-mPEG5000-0Ts的紅外圖譜見(jiàn)圖1。974應(yīng)用化工第44卷1.400A~( 3 )的粗品，然后直接投人到下一一步的反應(yīng)中,這樣1.200既可以避免繁瑣的后處理操作，又可避免后處理過(guò)1.000程中產(chǎn)物的損失。但需要注意的是,乙醇胺能被高長(zhǎng)0.800B\碘酸氧化,且乙醇胺的沸點(diǎn)較高( 170.5 C ),很難旋日0.600蒸除盡,如果殘留過(guò)多,會(huì)消耗大量的高碘酸鈉。因0.400此,為了避免對(duì)最后一步反應(yīng)的影響,第二步反應(yīng)結(jié)0.200束后,先萃取,后蒸干溶劑,獲得中間產(chǎn)物,這樣操作0.000一方便簡(jiǎn)單,且能更好地除去小分子雜質(zhì)。4 0003 0002 0001 000表2不同反應(yīng)條件對(duì)制備mPEG5000-NH,的影響波數(shù)/cm 'Table 2 Influences of mPEG5000-NH, prepared in圖1 mPEG5000-0Ts( A )和mPEG5000-NH2( B )different reaction conditions的紅外圖譜催化劑.溶劑收率/%純度Fig.1 IR spectra of mPEG5000-OTs( A ) andmPEG5000-NH2( B )三乙胺.DMF82.0純由圖1可知,2 887,1 468 ,843 cm-'為聚乙二醇三乙胺乙腈73.9四氫呋喃65.6不純主鏈亞甲基C- -H的特征吸收峰;1 113 cm-'為主鏈C-0-C的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰;778 cm -1為苯環(huán)的碳酸鉀80.372.5特征吸收峰;1598,664cm-處為磺酸酯基團(tuán)的特61.4征吸收峰。這些具有β-_氨基醇、a-羥基酮、a-羥基酸、a-二mPEG5000-0Ts的'H NMR圖譜見(jiàn)圖2。酮等類似結(jié)構(gòu)特征的化合物可以選用高碘酸鹽或者四乙酸鉛氧化,對(duì)于能溶于水的化合物以高碘酸鹽為宜,對(duì)于能溶于有機(jī)溶劑的化合物則以四乙酸鉛為宜1]。而PEG是一種兩親性的分子,既可以溶于水，又可以溶于有機(jī)溶劑,考慮到成本和環(huán)境的問(wèn)題，本文選擇高碘酸鹽。反應(yīng)機(jī)理見(jiàn)圖3。ot詠rm人/u +o;→/n8.5 7.5 6.5 5.5 4.5 3.5 2.5 1.5 0.。圖2 mPEG5000-0Ts 的'H NMR圖譜N= =CH,+ H,C=0+T0;+ H2OFig.2' H NMR spectrum of mPEG5000-0Ts由圖2可知,84.17為連接對(duì)甲苯磺酸酯的亞|H20甲基氫的化學(xué)位移,7.81和7.35為苯環(huán)上氫的化學(xué)位移,而3.39和2.46分別對(duì)應(yīng)端甲氧基和對(duì)甲0葉NH, + H.C=0苯磺酸酯中甲基氫的化學(xué)位移,二者的峰面積比顯示,mPEG5000的端羥基已經(jīng)全部轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)甲苯磺圖3高 碘酸氧化法制備mPEG5000-NH2的反應(yīng)機(jī)理Fig.3 Reaction mechanism of mPEG5000-NH2酸酯基團(tuán)。prepared by periodate oxidation2.2mPEG5000-NH2的合成由圖3可知, mPEG鏈末端的β-氨基醇結(jié)構(gòu)中反應(yīng)條件對(duì)mPEG5000-NH2的影響見(jiàn)表2,其的C--C鍵被高碘酸鈉氧化斷裂,進(jìn)而形成含碳氮中,純度通過(guò)'H NMR和TLC(展開(kāi)劑為二氯甲烷:雙鍵結(jié)構(gòu)的亞胺類中間體,后者快速水解獲得目標(biāo)甲醇=72 :8,R,=0. 39 )進(jìn)行檢測(cè)。由表2可知:①產(chǎn)物。該反應(yīng)條件比較溫和,以水為溶劑,室溫即可以DMF和乙腈作為溶劑,能夠獲得較純的產(chǎn)物,而快速字成中于亭碘酚樸每化作用的高效專-性,該四氫呋喃的效果較差,可能是由于四氫呋喃的極性反應(yīng)中國(guó)煤化工，亥反應(yīng)具有較高的收率不如DMF和乙腈的極性強(qiáng);②由于乙醇胺的堿性較和JYHCNMHG過(guò)量的乙二醇是為了弱,若無(wú)催化劑,該反應(yīng)難以進(jìn)行,在催化劑的選擇消除多余的高碘酸鈉,以免在后處理過(guò)程中產(chǎn)生不上,有機(jī)堿(如三乙胺)比無(wú)機(jī)堿(如碳酸鉀)的催化期望的副反應(yīng)。效果更好,可能是三乙胺的溶解性更好的原因。mPEG5000-NH2的紅外圖譜見(jiàn)圖1B。反應(yīng)結(jié)束后,將反應(yīng)溶劑減壓蒸干，獲得化合物由圖1B可知,3 450 cm-'附近出現(xiàn)-一個(gè)很寬的第5期陳陽(yáng)建等:高碘酸氧化法制備端氨基聚乙二醇的研究975弱吸收帶為伯胺基的N- H伸縮振動(dòng)峰;1648 cm -12011 ,22 :492-510.為N--H彎曲振動(dòng)峰;而相應(yīng)的磺酸酯的特征吸收[2]田法,姚文兵.聚乙二醇化技術(shù)在藥物轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)中的峰均消失。研究進(jìn)展[ J ].中國(guó)藥科大學(xué)學(xué)報(bào),2008 ,39( 4 ):379-mPEG5000-NH2的'H NMR圖譜見(jiàn)圖4。[ 3] Gianfranco Pasut, Francesco M Veronese. 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Recent advances in chemistry and appli-而3.17和3.51分別為與氨基相連的a位亞甲基和cations of subtituted poly( ethylene glycol )s[ J ]. ollc-β位亞甲基氫的化學(xué)位移,說(shuō)明在mPEG5000的末tion of Czechoslovak Chemical Communications, 2005 ,端成功引入了氨基。70:269-291.[8] 于宏偉,鄖海麗,高巖磊,等.雙端氨基聚乙二醇的合3結(jié)論成[ J].化工中間體,2011 ,8( 9 ):49-51.以mPEG5000和對(duì)甲苯磺酰氯為原料,以三乙[9] 劉敏,徐雯,朱葉歡,等.雙氨基聚乙二醇的制備及分胺為催化劑,二氯甲烷為溶劑,在室溫條件下制備了離純化[J].中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)雜志,2007,38(6):423-純度高達(dá)98. 9%的mPEG5000-0Ts,收率91. 6%。426.mPEG5000-0Ts與乙醇胺在DMF中,以三乙胺為催.[ 10]熊成東,王亞輝,袁明龍,等.聚乙二醇衍生物的合成化劑,通過(guò)親核取代反應(yīng)獲得末端具有β-氨基醇結(jié)研究進(jìn)展[ J].高分子通報(bào),2000( 1 ):39-45.構(gòu)的聚乙二醇中間體,經(jīng)高碘酸氧化,即可獲得單甲[11]趙靜,李三喜,張文政.聚乙二醇對(duì)甲苯磺酸酯的制備[ J].遼寧化工,2011 ,40( 6 ):547-548.氧基聚乙二醇氨基( mPEG5000-NH2 ),總收率高達(dá)[ 12] 王孝杰,孫建平,李效東,等.氨基化單甲氧基聚乙二75.1%。產(chǎn)物結(jié)構(gòu)通過(guò)IR和'H NMR表征。該方醇的合成研究[ J].精細(xì)化工中間體,2006,36( 1 ):40-法原料易得、步驟簡(jiǎn)單.操作方便。2.[13]溫建輝,蔡雪梅.鄰羥基化合物被高碘酸或四乙酸鉛參考文獻(xiàn):氧化產(chǎn)物的推斷[ J].晉中學(xué)院學(xué)報(bào),2011 ,28( 3 ):33-[1 ] Ruth Duncan. 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