第35卷第5期武漢理工大學學報(交通科學與工程版) Vol. 35 No.52011年10月 Journal of Wuhan University of TechnologyOct.2011 (Transportation Science Engineering)馬來酰化端基聚乙二醇合成工藝的優(yōu)化王晨1王平2)江雨薇1)王鵬1)樓一層1(武漢理工大學化學工程學院武漢430070)(湖北中醫(yī)藥大學武漢430065摘要:以PEG4000為起始原料,通過對甲苯磺酸酯法生成AT-PG4000,然后與馬來酸酐反應(yīng),經(jīng)過縮合反應(yīng)合成PEG4000-MAL.旨在采用正交實驗設(shè)計考察相關(guān)因素對其最終產(chǎn)物PEG4000MAL收率的影響,結(jié)果表明對其收率影響最大的因素為AT-PEG4000的氨基與馬來酸酐摩爾比,最佳工藝條件是AT-PG4000的氨基與馬來酸酐摩爾比為1:4,反應(yīng)溫度為100℃,反應(yīng)時間為3h.經(jīng)驗證實驗知此路線全程收率為87.2%.用紅外光譜對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進行了表征,證實最終合成產(chǎn)物即為EG4000-mAL關(guān)鍵詞:聚乙二醇;馬來酸酐;馬來?；嘶垡叶?正交設(shè)計中圖法分類號:0621.3do:10.3963jssn.1006-282.2011.05.052聚乙二醇(PEG)是一種聚氧乙烯類高分子化的應(yīng)用.合成路線見圖1合物,在PEG的應(yīng)用中,其端基不僅僅局限于羥基,其他反應(yīng)性更強的功能化基團如:氨基、羧基、1實驗醛基、馬來酰亞胺基亦可以被引入到PEG鏈的兩端2.這些功能化基團的引入擴大了聚乙二醇的1.1試劑和儀器應(yīng)用范圍.馬來?；嘶垡叶?peg-AL)1.1.1主要試劑聚乙二醇4000(PEG-4000,即是將馬來酰亞胺基引入到PEG鏈的兩端,而馬國藥集團化學試劑有限公司),二氯甲烷來酰亞胺和巰基的偶合是蛋白質(zhì)和多肽偶聯(lián)中的(2Cl2,天津市天力化學試劑有限公司),對甲一個非常有用的反應(yīng), PEG-MAL則可被用作聚苯磺酰氯(TsCl,天津市光復精細化工研究所),合物試劑來選擇性誘捕含巰基的多肽近年來三乙胺(上海精化科技研究所),鄰苯二甲酰亞胺研究發(fā)現(xiàn)PEG-MAL在蛋白質(zhì)及多肽與脂質(zhì)體鉀鹽(國藥集團化學試劑有限公司),N,N-二甲基的連接技術(shù)中起關(guān)鍵作用,這對脂質(zhì)體的靶向甲酰胺(DMF,國藥集團化學試劑有限公司),水性研究以及擴大多肽類化合物在醫(yī)藥、生物技術(shù)合肼(天津市天力化學試劑有限公司),馬來酸酐等領(lǐng)域的應(yīng)用有重要意義,因此PEG-MAL的合(湖南湘中化學試劑采供站),乙酸酐(天津市天力成工藝具有研究價值本文通過分子設(shè)計,以聚乙化學試劑有限公司),乙酸鈉(天津市天力化學試二醇4000(PEG4000)為起始原料,首先采用對甲劑有限公司);所用試劑均為分析純苯磺酸酯法58進行活化,并經(jīng)過肼解制得雙端氨1.1.2主要儀器FTIR7600傅里葉紅外光譜基聚乙二醇(At-peg400);然后以T儀(美國尼高力公司),RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海PEG4000和馬來酸酐為原料合成馬來?；嘶鶃啒s生化儀器廠),DX-3型真空干燥箱(上海福聚乙二醇(PEG4000-MAL),擬得到一種產(chǎn)率高、馬實驗設(shè)備有限公司),DF-101S集熱式恒溫加熱產(chǎn)品純度高,并且成本較低的PEG4000-MAL合成方法,擴大該化合物在醫(yī)藥、生物以及化工領(lǐng)域磁力攪拌器(鄭州長城科工貿(mào)有限公司),WRS數(shù)收稿日期:2011-06-15王晨(1987-):女,碩士,主要研究領(lǐng)域為化學科技部科技重大專項項目(批準號:2009ZX0903-34、湖北省研究與開發(fā)計劃項目(批準號:2010BCB004)資助·1096武漢理工大學學報(交通科學與工程版)2011年第35卷 HO+CH:,OH TSCI CH2Cl2 .Tso CH2CH,:CH,OTS (CHCH2IN N21120℃N2n2hh2 EtOH reflux maleic anhydrideH NaAc, Ac2O HOAc OH0H△ PEG bis-maleamic acid PEG4000-MAL圖1馬來酰化端基聚乙二醇(PEG4000-MAL)的合成路線字熔點儀(美國尼高力公司)48.6~55.2℃.1.2正交實驗設(shè)計1.3.3at-peg4000(3)合成在10g化合為了優(yōu)化PEG4000-MAL的最佳反應(yīng)條件,物2中加入3.2mL水合肼,加入120mL無水乙采用正交實驗設(shè)計對反應(yīng)條件進行優(yōu)選.根據(jù)反醇中,在氮氣保護下加熱回流12h蒸出乙醇,剩余應(yīng)的性質(zhì)和條件,考察了合成反應(yīng)最后一步中部分滴入過量乙醚中得白色沉淀,將白色沉淀溶入a-peg4000的氨基與馬來酸酐摩爾比(A)、反10mLCH2Cl2中,抽濾出不溶物,將濾液滴入乙醚應(yīng)溫度(B)、反應(yīng)時間(C)3個影響PEG4000中,真空烘干得白色沉淀,重結(jié)晶精制得白色固體MAL收率的主要因素,每個因素各取3個水平7.01g,收率74.84%,熔點40.8~46.6℃.見表1.1.3.4PEG4000-MAL的合成稱取一定比例表1正交實驗設(shè)計因素水平表的化合物3及馬來酸酐,將其一同溶于冰醋酸中,因素常溫反應(yīng)12h.反應(yīng)液用乙醚沉淀后得白色沉水平B/℃ C/h淀,真空干燥后溶于乙酸酐中,再加入乙酸鈉,在11:38021:490234適當溫度下沸水浴加熱一定時間.反應(yīng)液用CH2Cl2清洗三次,收集有機相,大量乙醚沉淀將31:510001得到的產(chǎn)物溶于NaCl溶液中,并用NaOH調(diào)pH1.3合成方法1值至6.0.使用CH2Cl2清洗三次,收集有機相,再1.3.1對甲苯磺酰化聚乙二醇4000(1)的合成使用一20℃冷藏的乙醚沉淀,抽濾并真空干燥,取PEG400040g溶于200mLCH2Cl2中,在得白色固體冰鹽浴條件下1h之內(nèi)向CH2Cl2中緩慢滴加溶應(yīng)24h.用1mol/L的稀HCl萃取反應(yīng)液,向有2結(jié)果與討論機相中加入過量的Na2CO3,充分攪拌,過濾,濃縮濾液,在濃縮后的濾液中滴入過量的乙醚,濾2.1合成反應(yīng)條件的優(yōu)化得白色沉淀,重結(jié)晶精制后得白色固體39.13g,將表1按L934正交表的實驗序號順序,根收率90.83%,熔點52.3~56.7℃.據(jù)1.3.4合成方法依次采用相應(yīng)條件重復進行實1.3.2鄰苯二甲酰亞胺化聚乙二醇4000(2)的驗化合物3計算PEG4000-MAL收率,極差合成取20g化合物1和6g鄰苯二甲酰亞胺鉀分析數(shù)據(jù)和計算結(jié)果見表2.鹽溶入200 mL DMF中,120℃反應(yīng)9h,減壓下正交分析所用正交表各列除因素列外,以空蒸干DMF,得粉紅色固體化合物的粗品,重結(jié)晶白列作對照.計算各因素列的F比值,方差分析精制后稱重為16.88g,收率85.39%,熔點結(jié)果見表3第5期王晨,等:馬來?；嘶垡叶己铣晒に嚨膬?yōu)化·1097·表2L(34)正交設(shè)計及實驗的極差分析數(shù)據(jù)和計算結(jié)果振動;在3435cm處為較強的OH寬峰;在序號 Control Yield1413和1360cm處為2個較強的OH面內(nèi)111110.21彎曲振動212220.24圖2中曲線2是中間產(chǎn)物AT-PEG4000的31330.32132330.81紅外光譜.在2887,1468和843cm-1分別為52210.77CH的伸縮振動、彎曲振動和搖擺振動;在62331312120.791113cm-1處為C-0—C的不對稱伸縮振動;在731320.411639cm-處為NH2的NH鍵的彎曲振動;83230.453737cm-1處出現(xiàn)較弱又較尖銳的NH吸收93310.49峰;而在3435,1413和1360cm1處的吸收峰都k0.2570.4770.4830.490k20.7900.4870.5130.480消失,表明羥基已經(jīng)離去,形成了化合物ATk0.450.5330.500.527 PEG4000.R0.5330.0560.0300.047圖2中曲線3是最終產(chǎn)物PEG4000-MAL的注:k為3次實驗平均收率;R為極差紅外光譜.在2888,1468和843cm-1分別為表3方差分析結(jié)果C-H的伸縮振動、彎曲振動和搖擺振動;在 Variance SS DF臨界值1113cm-處為C-0—的不對稱伸縮振動;在 FactorA0.43723.9113.110<0.101720cm附近出現(xiàn)了一個較強的吸收峰,是環(huán) FactorB0.00520.0453.110內(nèi)酰胺中羰基的特征吸收峰;而在1639和3737 FactorC0.00120.0093.110cm-處的吸收峰消失,表明化合物at-pe400 Error 0.45 8的端氨基已經(jīng)變?yōu)轳R來酰亞胺基,生成了注:SS為偏差平方和;DF為自由度;F為比值;P為顯PEG4000-MAL著性由表2和表3進行綜合分析,可得對反應(yīng)影響最大的因素為A,即AT-PEG4000的氨基與馬來酸酐摩爾比,而因素B和因素C對實驗結(jié)果的影響均不顯著,其影響的主次順序為A>B>CA與C因素相比差異性顯著,由極差分析結(jié)果知可以選用A2.從極差分析結(jié)果可以看出,產(chǎn)品得率隨溫度升高而變大,則可以選擇B3C因素對350030002500200015001000500反應(yīng)的影響程度不大,綜合考慮,PEG4000-MAL波長/c的合成的最佳反應(yīng)條件為A2B3C2圖2peg4000、at-peg400及2.2合成PEG4000-MAL最佳條件的驗證peg000ML的紅外光譜圖本實驗以正交實驗對AT-PEG4000(3)與馬來酸酐合成PEG4000-MAL的條件進行優(yōu)化,獲3結(jié)論得了最佳反應(yīng)條件A2B3C2在此條件下,按照1.3.4合成方法將該組合方案重復3次實驗,收率1)利用正交設(shè)計的方法對合成PEG4000驗證值分別為87.2%,85.4%,88.9%MAL的工藝條件進行優(yōu)化,最佳工藝條件:AT2.3產(chǎn)品表征PEG4000的氨基與馬來酸酐摩爾比為1:4,反應(yīng)2.3.1熔點利用WRS數(shù)字熔點儀對每個樣溫度為100℃,反應(yīng)時間為3h.PEG4000-MAL品進行測定在最佳工藝條件下合成的產(chǎn)品初熔收率可達87.2%點為51.2℃,終熔點為53.6℃.2)在最佳條件下驗證該合成路線,重復實驗2.3.2紅外光譜分析圖2中曲線1是原料3次,最終產(chǎn)物PEG4000-MAL產(chǎn)率相對穩(wěn)定,說PEG4000的紅外光譜.在2888,1469和843明該條件下合成工藝是最穩(wěn)定的.同時該工藝操cm-1分別為C-H的伸縮振動、彎曲振動和搖擺作簡單、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備投資少、生產(chǎn)成本低,振動;在1106cm1處為C0—C的不對稱伸縮具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景1098武漢理工大學學報(交通科學與工程版)2011年第35卷及表征[中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,2003,34(10):490492.[6]于宏偉,施繼成,金子林聚乙二醇對甲苯磺酸酯的參考文獻制備[]化學試劑,2010,32(7):634-636.1]董炎明高分子材料實用剖析技術(shù)[M]北京:中國石7]楊保珍張?zhí)烀裢鯓渚垡叶夹揎棾趸锲缁霭嫔?1997化酶的研究[J]藥物生化技術(shù),1998(1):77-792]劉敏,徐雯朱葉歡雙端氨基聚乙二醇的制備[8]黃家賢丁倫漢曹,等聚碳酸乙烯酯與雙端及分離純化[]中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,2007,38(6):氨基聚乙二醇交聯(lián)體系固定化酶載體的合成與表征423-426].高等學?；瘜W學報,2010,22(4):678-682. [3] Liu Y, Huang R, Han L, et al. Brain-targeting gene [9] Kugo K, Ohji A. Uno T. et al. Synthesis and confor- mations of a-b-a triblock copolymers with hydropho- delivery and cellular internalization mechanisms for modified rabies virus glycoprotein RVG29 nanoparti- bic poly r-benzyl -glutamate) and hydrophilic polycles[J]. Biomaterials,2009,30(25):4195-4202.(ethylene oxide)[]. Polym,1987,19(4):375-381 [4] Demeule M, Currie J C, Bertrand Y, et al. Involvement [10] Lutolf M P, Hubbell J A. Synthesis and Physico- of the low-density lipoprotein receptor-related protein chemical Characterization of End-Linked Poly(eth- in the transcytosis of the brain delivery vector angio- ylene glycol)-co-peptide Hydrogels Formed by Mi- chael-Type Addition []. Biomacromolecules, 2003pep2. Neurochem,2008,106(4):1534-1544.5]王琴梅,潘仕榮,張靜夏雙端氨基聚乙二醇的制備(4):713-722. Optimization for the Synthesis of Polyethylene Glycol-maleimide Wang Chen" Wang Ping2 Jiang Yuweil Wang Peng!" Lou Yicengl" (School of Chemical Engineering Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China) (Hubei University of Chinese Medicine, Wuhan 430065, China)2) Abstract: Using Polyethylene Glycol 4000(PEG4000 as initial ingredient, AT-PEG4000 is produced via Tosylate method, which will then be reacted with maleic anhydride through condensation reaction, yielding PEG4000-MAL. The aim of this research is to evaluate the influence of other factors upon the productivity of PEG4000-MAL by using orthogonal design. The results indicate that the mol ratio of amino-group of AT-PEG4000 and maleic anhydride contribute the most to the PEG4000-MAL produc- tivity. The optimal conditions were identified as follows: 1 4 for the mol ratio of amino-group of AT- PEG4000 and maleic anhydride; 100 C for the reaction temperature; 3 hours for reaction time. The full yield of the whole process was proved to be 87. 2%. The final synthetic product was identified as PEG4000-MAL by infrared spectrum. Key words: polyethylene glycol (PEG); maleic anhydride; polyethylene glycol-maleimide; orthogonal design