N-取代甘氨酸NTA的合成、聚合及聚類肽性能研究.pdf

1、聚類肽(polypeptoids)是一類主鏈為聚甘氨酸，氮原子上含有不同取代基的生物材料。聚類肽的結(jié)構(gòu)與聚肽(polypeptides)十分相似，但是它不存在分子鏈內(nèi)與分子鏈間的氫鍵作用，因此聚類肽具有許多區(qū)別于聚肽的優(yōu)異性質(zhì)。由于合成上的挑戰(zhàn)性，以及在生物醫(yī)藥領(lǐng)域巨大的應(yīng)用前景，聚類肽受到越來越多的關(guān)注。
　　N-取代甘氨酸NTA(N-substituted glycineN-thiocarboxyanhydride，R-NTA

2、)是一類可用于制備聚類肽的單體。相比于對應(yīng)的NCA單體(N-carboxyanhydride)，NTA單體對水和熱不敏感，合成和提純過程中不需要嚴(yán)格的無水無氧條件，在敞口環(huán)境中即可完成，這使得它具備大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。然而，由于NTA的低反應(yīng)活性，通過R-NTA制備高分子量聚類肽仍然是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的課題。本文中，我們合成了兩種單體，肌氨酸NTA（Sarcosine NTA，Sar-NTA，也稱作N-甲基甘氨酸NTA）和N-丁基甘氨酸

3、NTA(N-butylglycine NTA，NBG-NTA)，用于NTA開環(huán)聚合的研究。其中，NBG-NTA是我們首次合成并詳細(xì)表征的全新單體。由于合成方法簡便、保質(zhì)期長，R-NTA單體適合作為商業(yè)化產(chǎn)品用于制備聚類肽材料。
　　本文采用聚（乙二醇）胺(PEG-NH2)引發(fā)Sar-NTA在THF中開環(huán)聚合制備聚醚-聚類肽嵌段共聚物，聚合產(chǎn)率高(＞90％)，產(chǎn)物分子量分布窄((D)＜1.2)。聚肌氨酸(PSar)嵌段的長度可以通過

4、Sar-NTA與引發(fā)劑的投料比調(diào)節(jié)。產(chǎn)物聚乙二醇-b-聚肌氨酸(PEG-b-PSar)是一種雙親水嵌段共聚物。由于PEG和PSar在有機(jī)溶劑中的溶解性存在差異，PEG-b-PSar可以作為乳化劑，有效地制備穩(wěn)定的納米和微米尺寸的水包油乳液。PEG-b-PSar是完全無毒的，兩個(gè)嵌段都是生物相容和可降解的，有望成為一種新型的環(huán)境響應(yīng)型表面活性劑，應(yīng)用于食物和醫(yī)藥領(lǐng)域。PEG-b-PSar可以在特定的有機(jī)溶劑（如二氧六環(huán)和乙酸乙酯）中形成穩(wěn)

5、定的膠束，并且可以封裝金屬離子（Cu2+和Ni2+），這表明PEG-b-PSar具備在有機(jī)體系中封裝水溶性化合物的能力。
　　本文首次采用硼氫化稀土催化劑RE(BH4)3(THF)3（RE=Sc、Y、La、Nd、Dy和Lu）催化Sar-NTA和NBG-NTA開環(huán)聚合制備高分子量的親水和疏水性聚類肽。所得聚類肽的分子量與稀土元素的種類及反應(yīng)溫度有關(guān)。我們在Y(BH4)3(THF)3/乙腈體系和Lu(BH4)3(THF)3/THF體系

6、中分別實(shí)現(xiàn)了Sar-NTA和NBG-NTA的可控聚合，聚合產(chǎn)率高，聚類肽產(chǎn)物具有中等的分子量分布((D)＜1.4)，分子量可以通過投料比控制。例如，以乙腈為溶劑，在60℃、[Sar-NTA]/[Y(BH4)3(THF)3]=516、[Sar-NTA]=0.5 mol/L的條件下反應(yīng)48小時(shí)，可以99％的產(chǎn)率得到絕對分子量Mn為27.7 kDa(DP=390)、分子量分布為1.14的PSar均聚物。Sar-NTA和NBG-NTA的聚合反應(yīng)

7、動(dòng)力學(xué)研究表明，在低轉(zhuǎn)化率下，兩個(gè)單體的聚合動(dòng)力學(xué)曲線都呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系。在開放體系中（持續(xù)氬氣流保護(hù)）的聚合速率高于密閉體系。我們通過無規(guī)共聚合反應(yīng)，制備了溫敏性聚類肽P(Sar-r-NBG)，它在水溶液中存在可逆的相轉(zhuǎn)變行為（濁點(diǎn)）。PSar和P(Sar-r-NBG)類似于PEG，具有很小的細(xì)胞毒性，有望應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。均聚和共聚類肽的熱學(xué)性能通過TGA和DSC檢測方法進(jìn)行了表征和分析。
　　本文采用芐胺引發(fā)Sar-NT

8、A和NBG-NTA在THF中60℃下進(jìn)行共聚合，制備了一系列溫敏性聚類肽。首次通過伯胺引發(fā)R-NTA開環(huán)聚合的方式制備了聚合度大于150的聚類肽。聚合產(chǎn)物P(Sar-r-NBG)的分子量和組成可以通過投料比[Sar]/[NBG]/[benzylamine]調(diào)節(jié)。共聚類肽的熱學(xué)性能研究表明，P(Sar-r-NBG)具有比PSar更低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），而且不存在PNBG的熔點(diǎn)(Tm)。Sar-NTA和NBG-NTA在芐胺引發(fā)下聚合的

9、競聚率分別為1.70(7)和0.63(7)，表明兩個(gè)單體單元在聚類肽鏈中是無規(guī)分布的。我們利用MALDI-ToF質(zhì)譜測試分析了P(Sar-r-NBG)的結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明P(Sar-r-NBG)高分子鏈具有明確的仲胺基端基，證明芐胺引發(fā)R-NTA開環(huán)聚合通過常規(guī)的胺機(jī)理(NAM)進(jìn)行。P(Sar-r-NBG)的水溶液具有最低臨界溶解溫度(LCST)，存在可逆的相轉(zhuǎn)變行為。P(Sar-r-NBG)水溶液的濁點(diǎn)（Tcp）在27℃至71℃范圍內(nèi)可

10、調(diào)，與聚類肽的組成線性相關(guān)。隨著聚合物分子量降低，或者聚合物濃度的降低，Tcp和濁點(diǎn)轉(zhuǎn)變范圍(△T)逐漸升高。在P(Sar-r-NBG)水溶液中加入不同的鹽離子都會(huì)使Tcp下降，Tcp下降的程度與Hofmeister序列一致，也就是Na2SO4＞NaCl＞NaBr。P(Sar-r-NBG)在低于Tcp溫度的水溶液中容易發(fā)生聚集，這會(huì)導(dǎo)致濁點(diǎn)轉(zhuǎn)變的溫度范圍變寬。P(Sar-r-NBG)的細(xì)胞毒性與其組成有關(guān)，疏水性NBG單元含量升高會(huì)引起