专利名称：一种异端基遥爪聚乙二醇及其制备方法
技术领域：
本发明属于高分子合成化学技术领域，具体涉及一种异端基遥爪聚乙二醇的制备方法。
背景技术：
异端基遥爪聚乙二醇即异端基遥爪PEO链的两端具有两个不同的末端基团，这两个不同的功能基团可分别与两个具有不同特性的大分子或化合物相连接；PEG骨架提供了可溶性、生物降解性、柔顺性。这类PEO的衍生物可以用于多种场合，如免疫分析，生物传感，药物靶向，液相多肽合成等合成。最初，异端基遥爪聚乙二醇(PEO)的合成是以同端基PEO为原料，由于同端基的两个功能基团相同且等活性，因而制备异端基PEG存在一定的困难，尤其是产物的分离纯化有相当大的难度。
以双官能度的引发剂选择性引发环氧乙烷开环聚合制备异端基遥爪PEO则是非常有效的一种方法。例如，Bentley(WO 126692A1(2001))等用苯甲醇引发环氧乙烷开环聚合生成两端分别为苯甲基和“活性”羟基的PEO，末端“活性”羟基可以转化为第一个具有反应活性的基团；苯甲基可以通过氢化、水解除去，得到第二个末端“活性”羟基。
Nagasaki等以丙烯醇钾为引发剂引发环氧乙烷开环聚合制备两端分别为双键(CH2＝CH-)和“活性”羟基的PEO，并进一步将官能团CH2＝CH-转化为-NH2(Bioconjugate Chemistry 1995，6，226-230)；以氰化甲基钾(KCH2CN)为引发剂，在18-冠-6的存在下，制备两端分别为氰基(-CN)和“活性”羟基的PEO，并将-CN转化为-NH2(Bioconjugate Chemistry 1995，6，702-704)；以3，3二乙氧基丙醇钾为引发剂，制备两端分别为缩醛基团和“活性”羟基的PEO，并将-OH转化为-SH(Bioconjugate Chemistry 2000，11，947-950)。
Zhang等也以KCH2CN为引发剂，制备了两端分别为氰基(-CN)和“活性”羟基的PEO，然后将-CN修饰为-COOH，将“活性”羟基修饰为-NH2(Reactive & Functional Polymers 2003，5617-25)。
Zeng等以巯基丙酸(HOOC-CH2CH2-SH)为引发剂，制备了两端分别为羧基(-COOH)和“活性”羟基的PEO(Macromolecules，2006，39(19)6391-6398.)。
Yokoyama等以二-(三甲基硅基)氨化钾([(CH3)3Si]2N-K+)为引发剂，制备了两端分别为保护氨基和“活性”羟基的PEO[(CH3)3Si]2N-PEG-OH，并将氨基的保护基团脱除之后得到-NH2基团(Bioconjugate Chemistry 1992，3，275-276)。
但是，上述各引发体系的小分子化合物都需要比较复杂的合成步骤，且在环氧乙烷的开环聚合过程中，有时还会产生一定量的副产物，或者所得到均聚物PEO具有很宽的分子量单分散性。所以，开发新的普遍适用的合成异端功能化PEO的方法具有很重要的意义。
发明内容
本发明的目的是获得一种具有多种用途的异端基遥爪聚乙二醇(PEO)及其制备方法。
本发明中，一种异端基遥爪聚乙二醇即异端基遥爪PEO，其特征化学结构是 R-PEO-R′ 其中，PEO的数均分子量在800-40,000之间，R是PEO的α端官能团，R’是PEO的ω官能团，且R≠R’，R、R’分别代表下列功能基团之一 -OH，-CN，-CONH2，-COOH，-NH2，-N3，-CHO，-CH2-C≡CH，-CH2-HC＝CH2，
本发明中，在催化剂对甲苯磺酸的存在下，用乙烯基乙醚对二醇一端的“活性”羟基进行保护，制得两端分别为保护羟基和“活性”羟基的小分子化合物，使其与金属钾反应后的氧阴离子引发环氧乙烷开环聚合(ROP)制得异端基遥爪聚乙二醇(PEO)。引发剂的制备步骤如下式所示
本发明中，两端分别为保护羟基和“活性”羟基的小分子化合物的制备方法是以无水乙醚为溶剂，对甲苯磺酸为催化剂、乙烯基乙醚和二醇的摩尔比为1∶85～90∶85～90，反应温度为-5～0℃，反应时间为3～5h。
本发明中，环氧乙烷进行ROP聚合时，以四氢呋喃为溶剂，反应温度为25-45℃，反应时间为48-120h。环氧乙烷ROP聚合之后，先将PEO一端的“活性”羟基选择性修饰，再将被保护的羟基基团在酸性如盐酸环境中还原得到目标产物；或者继续对异端官能化PEO两端的“活性”官能团进行选择性修饰得到目标产物，其反应过程如下式所示
其中，R、R’可以是下列官能团之一(R≠R’) -OH，-CN，-CONH2，-COOH，-NH2，-N3，-CHO，-CH2-C≡CH，-CH2-HC＝CH2，
本发明中，PEO末端“活性”羟基与H2C＝CH-CN反应制备-CN官能团时，溶剂为二氧六环，氢氧化钾为催化剂，反应温度为0～5℃，反应时间为3～5h。所生成的-CN官能团在无机酸性如盐酸环境中于室温水解12h制得-CONH2，-CONH2官能团继续在无机碱性如氢氧化钾环境中于室温水解24h制得-COOH。
本发明中，PEO末端“活性”羟基与
反应制备
官能团时，溶剂为四氢呋喃或甲苯，氢化钠(NaH)为质子化试剂，反应温度为0～5℃，反应时间为12～24h。所生成的
官能团在碱性(氢氧化钾)环境下水解12-24h制得
官能团。
本发明中，PEO末端“活性”羟基与Br-CH2-C≡CH，Br-CH2-HC＝CH2，
(n＝1-5)反应制备-CH2-C≡CH，-CH2-HC＝CH2，-CHO官能团时，溶剂为四氢呋喃或甲苯，二苯甲基钾为质子化试剂，反应温度为0～5℃，反应时间为12～24h。
本发明中，PEO末端“活性”羟基与
反应制备
官能团时，溶剂为二氯甲烷-三乙胺体系或吡啶，反应温度为0～5℃，反应时间为12～24h。所生成的
与叠氮化钠(NaN3)在25～45℃下反应24～48h制得-N3官能团；-N3官能团在室温下、四氢呋喃溶剂中被LiAlH4还原为-NH2。
本发明中，PEO末端“活性”羟基与
反应制备
时，溶剂为乙腈，三乙胺为催化剂，反应温度为0～10℃，反应时间为12～24h。
也可由PEO末端“活性”羧基与
反应制得，溶剂为二氯甲烷，N，N-二环己基羰化二亚胺(DCC)为催化剂，反应温度为0～10℃，反应时间为12～24h。
本发明中，PEO末端氨基与
反应制备
时分两步进行，第一步PEO末端氨基使
开环生成酰胺键和一个羧基基团，该步以二氯甲烷为溶剂，反应温度为70～90℃，反应时间为30～60min。第二步PEO末端酰胺键和羧基闭环生成
基团，该步以醋酸酐为溶剂，乙酸钠为催化剂，反应温度为95-105℃，反应时间为1h。
本发明中，所制备的异端功能化PEO都可通过溶解沉淀的方法进行多次纯化，且都具有很高的收率。
本发明中，所制备的异端功能化PEO都具有较窄的分子量分布，且结构明确，都可以通过MALDI-TOF MS、SEC或1H NMR手段进行详细表征。
本发明的制备方法简便、通用，且产物具有广泛的用途，例如，在生物医学领域中，异端基遥爪PEO两端的官能团可以分别于不同的活性物质反应，使体系同时具有多种功效(如靶向，分析及识别等功能)；在高分子化学合成领域中，可以利用该异端基PEO进一步设计并制备复杂结构(如星型，疏型和环形等)及端基功能化聚合物。因而，本发明具有良好的产业化前景。
具体实施例方式 实例一 1.引发剂的制备 向500ml干燥洁净的圆底烧瓶中依次加入82.3g乙二醇、100.4g乙烯基乙醚、85ml THF，将体系至于冰水浴中冷却至0℃后，分批加入2.43g催化剂，反应搅拌过夜后，滴加饱和Na2CO3溶液直至pH＝7。然后用无水MgSO4干燥除水、过滤，在45℃下旋蒸除去未反应的乙烯基乙醚和THF溶剂。以乙醚为洗脱剂，通过柱层析提纯产物，用薄层层析硅胶板进行监控，收集所需洗脱液，旋去乙醚后，即得到两端分别为保护羟基和“活性”羟基的二醇衍生物
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)1.20(CH3CH-)，1.30(CH3CH2-)，3.50-3.78(CH3CH2-)，4.65(-OCH(CH3)O-)。
在氮气流下，向250ml干燥洁净的三颈圆底烧瓶中依次8ml上述二醇衍生物、四氢呋喃210ml和具有新鲜表面的金属钾4.0g，在室温下搅拌24h。用球形砂芯漏斗真空抽滤至洁净干燥的安瓿瓶中，并充氮保存，用标准盐酸溶液滴定。即得到含保护羟基的引发剂
2.环氧乙烷的开环聚合 将20.0ml上述引发剂、80ml四氢呋喃和30ml环氧乙烷依次加入一干燥洁净的300ml安瓿瓶中，在40℃下反应48h后用5ml无水甲醇终止。溶剂浓缩后，在用大量的无水乙醚中沉淀、过滤，真空干燥即得到两端分别为保护羟基和“活性”羟基的PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)1.20(CH3CH-)，1.30(CH3CH2-)，3.50-3.78(CH3CH2-，-CH2CH2O-)，4.65(-OCH(CH3)O-)。
3.异端功能化PEO的制备 向250ml高燥洁净的圆底烧瓶中依次加入上述两端分别为保护羟基和“活性”羟基的PEO12.7g、二氧六环200ml，搅拌使PEO溶解后，加入2.0g粉末状的KOH。将体系用冰水浴冷却后，在0.5h内缓慢的滴加10.0ml丙烯腈，室温下继续反应3.0h。旋蒸除去二氧六环，产物在二氯甲烷和水体系中萃取两次，油相用无水MgSO4干燥后、过滤除盐、浓缩，再溶解-沉淀-过滤两次，真空干燥，即得到两端分别为保护羟基和氰基(-CN)的PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)1.20(CH3CH-)，1.30(CH3CH2-)，2.40(-CH2CN)，3.50-3.78(CH3CH2-，-CH2CH2O-)，4.65(-OCH(CH3)O-)。
取3.0g上述两端分别为保护羟基和氰基(-CN)的PEO，加入15ml浓HCl(37％)溶解后，室温下搅拌48h；然后加入20ml去离子水稀释，并用120ml二氯甲烷萃取两次，油相的后处理步骤同上，即得到两端分别为“活性”羟基和酰胺基团的(-CONH2)的异端功能化PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)2.55(-CH2CONH2)，3.50-3.78(-CH2CH2O-)。
实例二 将1.0g实施例一中的两端分别为“活性”羟基和酰胺基团的(-CONH2)的异端功能化PEO加入150ml圆底烧瓶中，用45ml去离子水溶解后，再加入3.5g KOH。室温下搅拌22h后产物用100ml二氯甲烷萃取两次，油相的后处理步骤同实施例一中的步骤3，即得到两端分别为“活性”羟基和羧基的(-COOH)异端功能化PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)2.60(-CH2COOH)，3.50-3.78(-CH2CH2O-)。
实例三 将2.0g实施例一中的两端分别为“活性”羟基和保护羟基的PEO加入一干燥洁净的250ml圆底烧瓶中，再加入100干燥的四氢呋喃，待PEO溶解之后，加入0.2g NaH。40℃下反应1h后，将体系用冰水浴冷却，并在1h内缓慢地加入3.0ml环氧氯丙烷，体系继续反应过夜，旋蒸除去四氢呋喃后用二氯甲烷萃取两次，油相的后处理步骤同实施例一中的步骤3，即得到两端分别为保护羟基和环氧基团的PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)1.20(CH3CH-)，1.30(CH3CH2-)，2.50-2.90(-CH2OCH-)，3.50-3.78(CH3CH2-，-OCH2CH-，-CH2CH2O-)，4.65(-OCH(CH3)O-)。
将1.0g上述两端分别为保护羟基和环氧基团的PEO加入一100ml圆底烧瓶中，用40ml去离子水溶解后，再加入10ml浓盐酸于室温下搅拌12h。待反应结束之后，将体系直接用100ml二氯甲烷萃取两次，油相的后处理步骤同实施例一中的步骤3，即得到两端分别为一个“活性”羟基和两个“活性”羟基的异端功能化PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)3.35(-CH(OH)-)，3.50-3.78(-OCH2CH(OH)-，-CH2CH2O-，CHCH2(OH))。
实例四 将4.0g实施例一中的两端分别为“活性”羟基和保护羟基的PEO加入一干燥洁净的250ml圆底烧瓶中，再加入100干燥的四氢呋喃；待PEO溶解之后，加入6.0ml二苯甲基钾溶液，40℃下反应1h后，将体系用冰水浴冷却，并在1h内缓慢地加入2.0ml溴丙炔。体系反应过夜后，浓缩蒸除四氢呋喃并用二氯甲烷萃取两次，油相的后处理步骤同实施例一中的步骤3，即得到两端分别为保护羟基和炔丙基团的PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)1.20(CH3CH-)，1.30(CH3CH2-)，3.50-3.78(CH3CH2-，-CH2CH2O-)，3.90-4.20(-OCH2C≡CH)，4.65(-OCH(CH3)O-)。
将2.0g上述两端分别为保护羟基和炔丙基团的PEO加入一100ml圆底烧瓶中，用40ml去离子水溶解后，再加入10ml浓盐酸于室温下搅拌12h。待反应结束之后，将体系直接用二氯甲烷萃取两次，油相的后处理步骤同实施例一中的步骤3，即得到两端分别为“活性”羟基和炔丙基团的异端功能化PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)3.50-3.78(CH3CH2-，-CH2CH2O-)，3.90-4.20(-OCH2C≡CH)。
实例五 将4.0g实施例一中的两端分别为“活性”羟基和保护羟基的PEO加入一干燥洁净的250ml圆底烧瓶中，再加入100干燥的四氢呋喃；待PEO溶解之后，加入6.0ml二苯甲基钾溶液，40℃下反应1h后，将体系用冰水浴冷却，并在1h内缓慢地加入3.01溴乙醛缩二乙二醇，体系反应过夜，浓缩蒸除四氢呋喃后用二氯甲烷萃取两次，油相的后处理步骤同实施例一中的步骤3，即得到两端分别为保护羟基和保护醛基的PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)1.20(CH3CH-)，1.30(CH3CH2-)，3.50-3.78(CH3CH2-，-CH2CH2O-)，4.55-4.70(-OCH(CH3)O-，-OCH2CH-)。
将2.0g上述两端分别为保护羟基和保护醛基的PEO加入一100ml圆底烧瓶中，用40ml去离子水溶解后，再加入10ml浓盐酸室温下搅拌12h。待反应结束之后，将体系直接用二氯甲烷萃取两次，油相的后处理步骤同实施例一中的步骤3，即得到两端分别为“活性”羟基和“活性”醛基的异端功能化PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)3.50-3.78(-CH2CH2O-)，4.65(-OCH2CHO)。
实例六 将1.5g实施例四中的两端分别为“活性”羟基和炔丙基团的异端功能化PEO加入一干燥洁净的250ml圆底烧瓶中，再加入50ml干燥的乙腈，待PEO溶解之后，再加入8ml三乙胺和1.0g N，N’-二琥珀酰亚胺基碳酸酯。体系于室温下反应24h后，浓缩蒸除溶剂后用二氯甲烷萃取两次，油相的后处理步骤同实施例一中的步骤3，即得两端分别为“活性”羟基和琥珀酰亚胺碳酸酯基团的异端功能化PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)2.80(-OCOCH2CH2OCO-)，3.50-3.78(-CH2CH2O-)，3.90-4.40(-OCH2C≡CH，-CH2OCO-)。
实例七 将1.0g实施例四中两端分别为“活性”羟基和炔丙基团的异端功能化PEO加入一干燥洁净的150ml圆底烧瓶中，再加入50ml干燥的吡啶，待PEO溶解之后加入1.0g对甲基苯磺酰氯。体系于室温下反应24h后，浓缩蒸去溶剂，用二氯甲烷萃取两次，油相的后处理步骤同实施例一中的步骤3，即得两端分别为炔丙基和对甲基苯磺酰基团的异端功能化PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)2.42(CH3C4H4SOO-)，3.50-3.78(-CH2CH2O-)，3.90-4.40(-OCH2C≡CH)，7.50-7.90(CH3C4H4SOO-)。
将0.5g上述两端分别炔丙基和对甲基苯磺酰基团的异端功能化PEO加入一干燥洁净的50ml圆底烧瓶中，再加入15ml干燥N，N’-二甲基甲酰胺，待PEO溶解之后加入0.2g叠氮化钠。体系于室温下反应48h后，浓缩蒸去溶剂后用二氯甲烷萃取两次，油相的后处理步骤同实施例一中的步骤3，即得两端分别为炔丙基和叠氮基团的异端功能化PEO
1H NMR(CDCl3)δ(ppm)3.45-3.78(-CH2N3，-CH2CH2O-)，3.90-4.40(-OCH2C≡CH)。
权利要求
1.一种异端基遥爪聚乙二醇即异端基遥爪PEO，其特征化学结构是
R-PEO-R′
其中，PEO的数均分子量在800-40,000之间，R是PEO的α端官能团，R’是PEO的ω官能团，且R≠R’，R、R’分别代表下列功能基团之一
-OH，-CN，-CONH2，-COOH，-NH2，-N3，-CHO，-CH2-C≡CH，-CH2-HC＝CH2，
2.根据权利要求1所述的异端基遥爪聚乙二醇即异端基遥爪PEO的制备方法，其特征是先利用乙烯基乙醚对二醇化合物的一端羟基进行保护，将得到的两端分别为保护羟基和“活性”羟基的小分子化合物和金属钾反应制备成小分子引发剂后，引发环氧乙烷开环聚合制备两端分别为保护羟基和“活性”羟基的PEO；然后，先将“活性”羟基进行修饰，再将另一端羟基的保护基团在酸性环境中脱除，制得异端基遥爪PEO；或者还可以继续对PEO两端的官能团进行选择性修饰，制得多种组合的异端基遥爪PFO。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征为两端分别为保护羟基和“活性”羟基的小分子化合物的制备方法在催化剂对甲苯磺酸的存在下，将乙烯基乙醚对二醇一端的“活性”羟基进行保护，得到特征结构为下列之一的两端分别为保护羟基和“活性”羟基的小分子化合物
n＝2-10或
n＝1-5
其反应条件为以无水乙醚为溶剂，催化剂为对甲苯磺酸、乙烯基乙醚和二醇的摩尔比为1∶85～90∶85～90，反应温度为-5～0℃，反应时间为3～5h。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征为环氧乙烷开环聚合时，以四氢呋喃为溶剂，反应温度为25～45℃，反应时间为48～120h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是选择性的修饰方法如下PEO末端-CN官能团由羟基与H2C＝CH-CN反应制得，所生成的-CN官能团在无机酸性环境中水解制得-CONH2，继续在无机碱性环境中水解制得-COOH。
6.根据权利要求2所述的制备方法，PEO末端
官能团由羟基与
反应制备，所生成的
官能团在无机碱性环境中水解可以制得
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征是无机酸是盐酸，无机碱是氢氧化钾。
8.根据权利要求2所述的制备方法，PEO末端-CH2-C≡CH，-CH2-HC＝CH2，-CHO官能团由羟基分别与Br-CH2-C≡CH，Br-CH2-HC＝CH2，
n＝1-5反应制得。
9.根据权利要求2所述的制备方法，PEO末端
官能团由羟基与
反应制得，所生成的
与叠氮化钠(NaN3)反应制备-N2基团，-N3基团还可以被LiAlH4还原为-NH2。
10.根据权利要求2所述的制备方法，PEO末端
官能团由羟基与
反应制得，或者由羧基与
反应制得。
11.根据权利要求2所述的制备方法，PEO末端
官能团由氨基与
反应制得。
12.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所制得的异端基遥爪PEO通过溶解沉淀的方法进行纯化。
全文摘要
本发明是一种异端基遥爪聚乙二醇即异端基遥爪PEO及其制备方法。本发明首先利用乙烯基乙醚对二醇HO-(CH2)n-OH，n＝2-10或HO-(CH2-CH2-O)n-H，n＝1-5的一端羟基进行保护，将得到的产物和金属钾反应制备成小分子引发剂后，成功地引发环氧乙烷开环聚合制得两端分别为保护羟基和“活性”羟基的PEO。然后，将“活性”羟基先进行修饰，再将另一端羟基的保护基团在酸性环境中脱除，制得异端基遥爪PEO；或者还可以继续对PEO两端的官能团进行选择性修饰，制得多种组合的异端基遥爪PEO。
文档编号C08G65/08GK101104682SQ200710044509
公开日2008年1月16日 申请日期2007年8月2日 优先权日2007年8月2日
发明者黄骏廉, 王国伟, 詹若愚 申请人:复旦大学