一种酸降解含一个肉桂醛的聚乙二醇及其制备方法与流程

本发明涉及有机合成领域，更具体的说是涉及一种酸降解含一个肉桂醛的聚乙二醇及其制备方法。

背景技术：

聚乙二醇(peg)是一种美国食品药品监督管理局(fda)批准使用与食品和药品的合成高分子材料；因其具有无毒、化学惰性、非免疫原性、非抗原性和易溶于多种有机溶剂和水等特性，已广泛应用于材料科学、生物、化妆品和药物辅料等领域。

聚乙二醇的聚醚主链结构在水溶液中甚至在血液环境中都具有良好的稳定性；然而，它的不可降解性大大限制了其在治疗领域方面的应用。因为为了提高聚乙二醇化蛋白的循环时间或实现聚乙二醇化药物或纳米颗粒的增强渗透和保留(epr)效应，需要较高的聚乙二醇平均分子量；而随着平均分子量的增加，特别是当分子量大于40kda时，聚乙二醇就会在肝脏中积累，并由于其不可生物降解性会导致器官损伤；因此，如何制备一种在主链上具有可降解性的聚乙二醇成为了目前研究热点之一。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种酸降解含一个肉桂醛的聚乙二醇及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种酸降解含一个肉桂醛的聚乙二醇，其分子结构式为

所述含一个肉桂醛的聚乙二醇的数均分子量为400-40000。

作为本发明的进一步改进，所述含一个肉桂醛的聚乙二醇是由肉桂醛、原甲酸三甲酯、1,2-乙二醇单乙酸酯和环氧乙烷反应制得；

其反应式为：

作为本发明的进一步改进，一种酸降解含一个肉桂醛的聚乙二醇的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将肉挂醛加入到装有第一溶剂的反应容器中搅拌混合，混合均匀后在氮气气氛下，向反应容器中依次加入原甲酸三甲酯和催化剂，形成第一混合液；接着升高第一混合液温度进行反应；反应结束后，进行提纯，得到第一化合物；

步骤二：将第一化合物和1,2-乙二醇单乙酸酯加入到装有第二溶剂的的反应容器中搅拌混合，混合均匀后向反应容器中加入阻聚剂和催化剂，形成第二混合液；接着升高第二混合液温度进行反应；反应结束后，进行提纯，得到第二化合物；

步骤三：将氢氧化钾和第二化合物加入到装有乙醇水溶液的反应容器中搅拌混合，混合均匀后在温度为20-30℃的条件下反应2-4小时；反应结束后，进行萃取纯化处理，得到第三化合物；

步骤四：将第三化合物加入到装有第三溶剂的反应容器中搅拌混合，混合均匀后向反应容器中加入助引发剂溶液和环氧乙烷，形成第三混合液；接着升高第三混合液温度进行反应；反应结束后，进行纯化处理，最终得到含一个肉桂醛的聚乙二醇。

作为本发明的进一步改进，所述第一溶剂为甲醇；所述第二溶剂为氯仿。

作为本发明的进一步改进，所述第三溶剂包含下列体积份物质组成：

二甲基亚砜3份；

四氢呋喃2份。

作为本发明的进一步改进，所述助引发剂溶液为二苯基甲基钾的四氢呋喃溶液，其浓度为0.5-0.8m。

作为本发明的进一步改进，所述步骤一和步骤二中的催化剂均为对甲苯磺酸；所述阻聚剂为对苯二酚。

作为本发明的进一步改进，步骤一中升高第一混合液温度进行反应是指将第一混合液温度升高至60-80℃进行反应，反应时间为5-7h。

作为本发明的进一步改进，步骤二中升高第二混合液温度进行反应是指将第二混合液温度升高至60-70℃进行反应，反应时间为5-7h。

作为本发明的进一步改进，步骤四中升高第三混合液温度进行反应是指将第三混合液温度升高至50-70℃，反应时间为20-30h。

本发明的有益效果：通过在聚乙二醇的主链中引入了一个肉桂醛；其制备方法为首先将肉桂醛进行修饰处理，以对甲苯磺酸作为催化剂，以甲醇作为反应溶剂，肉桂醛和原甲酸三甲酯进行反应制得(3，3-二甲氧基-1-烯基)苯。

第二步是对(3，3-二甲氧基-1-烯基)苯进一步修饰，以对甲苯磺酸为催化剂，以氯仿作为反应溶剂，(3，3-二甲氧基-1-烯基)苯和1,2-乙二醇单乙酸酯进行反应，制得肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)；在该反应中还加入阻聚剂对苯二酚，其目的是降低反应速率，使(3，3-二甲氧基-1-烯基)苯和1,2-乙二醇单乙酸酯反应更加充分，提高产率；

第三步是使肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)进行水解反应，以氢氧化钾作为碱性物质，以乙醇水溶液作为反应介质，从而使得肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)中两端的酯基均水解成羟基，制得肉桂醛缩二(1，2-乙二醇)；本发明中以乙醇水溶液作为反应介质，而不是以水作为反应介质，是因为肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)作为一种有机物，同时不含有羟基，羧基等亲水基团，其水溶性很差，如果以水作为反应介质，其水解率很低，无法较好进行水解；因此以乙醇水溶液作为反应介质，肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)在乙醇中溶解性高，从而大大提高了其水解率，进一步提高产率。

第四部是以肉桂醛缩二(1，2-乙二醇)作为引发剂，以二苯基甲基钾作为碱，同时也是一种助引发剂，从而产生醇盐引发剂，使得环氧乙烷进行阴离子聚合反应，最终生成含一个肉桂醛的聚乙二醇；其中以二甲基亚砜和四氢呋喃的混合液作为反应溶剂，一方面确保肉桂醛缩醛的醇盐的完全溶解，更重要的是，降低聚合速度，确保反应物之间能够充分反应，反应更加完全。

本发明中反应物容易制得，成本较低，同时反应条件温和，反应温度不超过100℃，且在常压下进行；最终制得的含一个肉桂醛的聚乙二醇在中性条件下十分稳定，能够保持较长时间；在酸性条件下能够发生降解，从而解决了聚乙二醇无法在人体发生降低的问题；同时含一个肉桂醛的聚乙二醇及其酸降解产物无毒无害，对人体安全不会造成任何影响。

附图说明

图1为实施例1，实施例2和实施例3制得的产物的核磁共振氢谱图；其中a为实施例1制得的产物；b为实施例2制得的产物；c为实施例3制得的产物；

图2为实施例4产物含一个肉桂醛的聚乙二醇的质谱图；

图3为实施例4产物含一个肉桂醛的聚乙二醇酸降解前后的核磁共振氢谱图；其中a为酸降解前，b为酸降解后；

图4为实施例4产物含一个肉桂醛的聚乙二醇酸降解前后的sec曲线图；其中ⅰ为酸降解前，ⅱ为酸降解后；。

图5为实施例4产物含一个肉桂醛的聚乙二醇及其酸降解产物的毒性检测结果图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。

参照图1至5所示

实施例1

将肉桂醛(6.6g，0.05mol)加入到装有60ml甲醇的反应容器中搅拌混合，混合均匀后在氮气气氛下，向反应容器中依次加入原甲酸三甲酯20.0g(0.188mol)和对甲苯磺酸30mg(0.015mmol)；形成第一混合液；接着将第一混合液温度升高至70℃进行反应，反应时间为6h；反应结束后，冷却到室温，将第一混合液减压浓缩，得到粗产物；用乙酸乙酯和石油醚体积比为4:1的混合溶液作为洗脱液进行淋洗，柱层析进一步纯化粗产物，最终制得黄色液体(3，3-二甲氧基-1-烯基)苯7.6g(即第一化合物)，收率：85.4％；¹hnmr(500mhz,cdcl3):δ[ppm]7.47–7.19(m,5h),6.72(d,j＝16.1hz,1h),6.15(dd,j＝16.1,3.6hz,1h),4.96(d,1h),3.36(s,6h)。

其反应式为：

(3，3-二甲氧基-1-烯基)苯(即第一化合物)的结构式为：

实施例2

将(3,3-二甲氧基-1-烯基)苯(4.0g，0.022mol)加入到装有60ml氯仿的反应容器中搅拌混合，混合均匀向反应容器中加入7.0g1,2-乙二醇单乙酸酯，0.05g阻聚剂对苯二酚和0.02g(0.01mmol)对甲苯磺酸，形成第二混合液；接着将第二混合液温度升高至65℃进行反应，反应时间为6小时；反应结束后，冷却到室温，将第二混合液减压浓缩，得到粗产物；用乙酸乙酯和石油醚体积比为6：1的混合溶液作为洗脱液进行淋洗，柱层析进一步纯化粗产物，最终制得黄色液体肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)5.61g(即第二化合物)，收率77.6％；¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ[ppm]7.47–7.19(m,5h),6.78(d,j＝16.1hz,1h),6.15(dd,j＝16.1,3.6hz,1h),4.96-4.86(d,1h),4.20(m,2h,acoch2-),3.68(m,2h,acoch2-ch2-),2.05(s,3h,ch3coo-)。

其中(3,3-二甲氧基-1-烯基)苯由实施例1制得。

其反应式为

肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)(即第二化合物)的结构式为：

实施例3

将氢氧化钾(1.00g，17.8mmol)和肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)(1.00g，3.1mmol)加入到装有乙醇(10ml)和水(0.5ml)的反应容器中搅拌混合，混合均匀后在25℃的条件下反应3小时；反应结束后，用二氯甲烷作为萃取液进行萃取，萃取3次，得到有机相，再用硫酸钠进行干燥；接着用用乙酸乙酯和石油醚体积比为2:1的混合溶液作为洗脱液进行淋洗，柱层析进一步纯化处理，得到纯产物肉桂醛缩二(1，2-乙二醇)0.71mg(即第三化合物)，收率96.1％；¹hnmr(500mhz,cdcl3)δ[ppm]7.47–7.19(m,5h),6.78(d,j＝16.1hz,1h),6.15(dd,j＝16.1,3.6hz,1h),4.96(d,1h),3.70(m,2h,oh-ch2-ch2-),3.75-3.50(m,4h,oh-ch2-ch2-).elementalanalysis:calculated:c65.53,h7.61；found:c65.48,h7.58.

肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)由实施例2制得；

其反应式为：

肉桂醛缩二(1，2-乙二醇)(即第三化合物)的结构式为：

实施例4

将肉桂醛缩二(1，2-乙二醇)(2.46g，0.01mol)加入到装有体积比为3:2的二甲基亚砜和四氢呋喃的混合溶剂40ml的反应容器中搅拌混合，混合均匀后加入二苯基甲基钾的四氢呋喃溶液(5.2ml，0.6m)、环氧乙烷(37.4g，0.85mol)，形成第三混合液，接着将第三混合液温度升高至60℃进行反应，反应时间为24h；反应结束后，蒸馏除去溶剂，得到粗产物；将粗产物溶解在ch2cl2中，过滤并用无水mgso4干燥，最终得到含一个肉桂醛的聚乙二醇。

其中肉桂醛缩二(1，2-乙二醇)由实施例3制得

其反应式为

含一个肉桂醛的聚乙二醇的结构式为：

用质谱仪对实施例4制得产物进行检测，得到图2；由图2可知，实施例4制得的含一个肉桂醛的聚乙二醇mn＝3.94×10³g/mol

酸降解实验：

将1.0g含一个肉桂醛的聚乙二醇(实施例4制得)分别溶解在ph5.0和7.4的缓冲溶液中并在37℃下放置8小时进行水解；水解结束后将溶液用二氯甲烷萃取三次；减压除去溶剂后，将残余物溶解在ch2cl2中，用无水mgso4干燥，过滤并浓缩，最后聚合物从过量的乙醚中沉淀两次，得到相应产物；将产物进行核磁共振检测和sec检测；

其中图3含一个肉桂醛的聚乙二醇酸降解前后的核磁共振氢谱图，a代表酸降解前(即将一个肉桂醛的聚乙二醇放置在ph为7.4的缓冲溶液中)，b代表酸降解后(即将一个肉桂醛的聚乙二醇放置在ph为5.0的缓冲溶液中)；

其中图2含一个肉桂醛的聚乙二醇酸降解前后的核磁共振氢谱图，ⅰ代表酸降解前(即将一个肉桂醛的聚乙二醇放置在ph为7.4的缓冲溶液中)，ⅱ代表酸降解后(即将一个肉桂醛的聚乙二醇放置在ph为5.0的缓冲溶液中)；

由图3a可知，含一个肉桂醛的聚乙二醇中的肉桂醛缩醛基团的信号在δ(ppm)δ7.47-7.19(m，5h)，6.78(d，j＝16.1hz，1h)，6.15(dd,j＝16.1,3.6hz,1h),4.96(d,1h)处检测到。

由图3b可知，在信号4.96ppm(d，1h，-o-ch(chch2-苯)-o)处的信号消失，在δ9.81ppm-cho基团的出现，从而证明含一个肉桂醛的聚乙二醇在酸性条件下发生完全降解；

降解反应式：

由图4可知，经过sec检测，含一个肉桂醛的聚乙二醇放置在ph为7.4的缓冲溶液8小时后，其mn＝3.88×10³g/mol，pdi＝1.06；这和质谱仪测得的mn＝3.94×10³g/mol基本相同，从而说明了含一个肉桂醛的聚乙二醇在ph7.4的缓冲溶液中是稳定的；而含一个肉桂醛的聚乙二醇放置在ph为5.0的缓冲溶液8小时后，其mn＝1.90×103g/mol，pdi＝1.10；从而进一步说明了含一个肉桂醛的聚乙二醇在酸性条件下会发生降解；

为了进一步研究储存条件，将样品(实施例4制得)保持在-18℃的干燥粉末和ph7.4的pbs缓冲溶液中，温度为4℃。在作为干粉储存两个月后仍未发现出现可检测的降解，并且在ph7.4pbs缓冲液中在4℃下3天内未发生明显的降解。这些结果表明该含一个肉桂醛的聚乙二醇具有长期稳定性，从而说明将肉桂醛缩醛单元引入peg将使得肉桂醛递送以及peg的可切割性成为可能。

细胞毒性检测：

使用mts测定法，对浓度分别为0.00001、0.0001、0.001、0.01、0.1、1mg/ml的样品(由实施例4制得)及其降解产物做对nih3t3细胞的毒性试验，培养时间分别为24、48、72h。，每个样本复制6次。

由图5可知，在针对该nih3t3细胞系测试的所有浓度下未观察到细胞活力的明显损失，从而表明了本发明含一个肉桂醛的聚乙二醇及其降解产物无毒，不会对人体造成伤害，能够放心使用。

本发明的含一个肉桂醛的聚乙二醇，是通过在聚乙二醇的主链中引入了一个肉桂醛；其制备方法为首先将肉桂醛进行修饰处理，以对甲苯磺酸作为催化剂，以甲醇作为反应溶剂，肉桂醛和原甲酸三甲酯进行反应制得(3，3-二甲氧基-1-烯基)苯。

第二步是对(3，3-二甲氧基-1-烯基)苯进一步修饰，以对甲苯磺酸为催化剂，以氯仿作为反应溶剂，(3，3-二甲氧基-1-烯基)苯和1,2-乙二醇单乙酸酯进行反应，制得肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)；在该反应中还加入阻聚剂对苯二酚，其目的是降低反应速率，使(3，3-二甲氧基-1-烯基)苯和1,2-乙二醇单乙酸酯反应更加充分，提高产率；

第三步是使肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)进行水解反应，以氢氧化钾作为碱性物质用来调节ph，控制反应在碱性条件下进行；以乙醇水溶液作为反应介质，从而使得肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)中两端的酯基均水解成羟基，制得肉桂醛缩二(1，2-乙二醇)；本发明中以乙醇水溶液作为反应介质，而不是以水作为反应介质，是因为肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)作为一种有机物，同时不含有羟基，羧基等亲水基团，其水溶性很差，如果以水作为反应介质，其水解率很低，无法较好进行水解；因此以乙醇水溶液作为反应介质，肉桂醛缩二(乙二醇单乙酸酯)在乙醇中溶解性高，从而大大提高了其水解率，进一步提高产率。

第四部是以肉桂醛缩二(1，2-乙二醇)作为引发剂，以二苯基甲基钾作为碱，同时也是一种助引发剂，从而产生醇盐引发剂，使得环氧乙烷进行阴离子聚合反应，最终生成含一个肉桂醛的聚乙二醇；其中以二甲基亚砜和四氢呋喃的混合液作为反应溶剂，一方面确保肉桂醛缩醛的醇盐的完全溶解，更重要的是，降低聚合速度，确保反应物之间能够充分反应，反应更加完全。

本发明中反应物容易制得，成本较低，同时反应条件温和，反应温度不超过100℃，且在常压下进行；最终制得的含一个肉桂醛的聚乙二醇在中性条件下十分稳定，能够保持较长时间；在酸性条件下能够发生降解，从而解决了聚乙二醇无法在人体发生降低的问题；同时含一个肉桂醛的聚乙二醇及其酸降解产物无毒无害，对人体安全不会造成任何影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。