pH敏感的不对称缩酮引发剂型单体的合成与表征

刘晓婷，李钟玉，潘跃晓

（浙江省碳材料温州大学化学与材料工程学院，浙江 温州 325027）

pH敏感的不对称缩酮引发剂型单体的合成与表征

刘晓婷，李钟玉，潘跃晓

（浙江省碳材料温州大学化学与材料工程学院，浙江 温州 325027）

首次通过不对称缩酮交换方法合成了具有pH敏感的前端的缩酮类化合物，在未来的工作中可以用于合成一系列骨架结构具有缩醛键结构的水溶性高分子药物载体。合成的这种化合物，可以与含有巯基或者羟基的抗癌药物通过化学偶联或自组装包埋方式构建具有pH敏感的纳米抗癌药物，以增强抗癌药物的靶向缓释功能，提高药效，减小副作用。

不对称缩酮交换；引发剂 单体；酸降解

近年来，癌症严重危害着人类的生命健康，已成为首要疾病和杀手，每年所有死亡人数中约有1/4死于癌症[1]。化疗作为除手术外最重要的治疗手段，主要存在两大问题：药物的毒副作用和癌细胞的耐药性。如何利用药物输送手段提高药物的肿瘤靶向性能，并克服肿瘤细胞的耐药性一直是肿瘤药物输送研究者面临的挑战[2]。聚合物治疗，即以聚合物为载体的药物输送系统，可明显增加药物的生物利用度，显著增加药物的抗癌能力和减少其毒副作用，已经在科研及临床上取得了巨大的成就，是未来药物的发展趋势[3]。

如何有效利用聚合物治疗克服肿瘤细胞内的多种抗药机制，仍是肿瘤化疗面临的难题。研究发现，利用能响应肿瘤酸性的智能聚合物载体输送抗癌药物可能是解决这一难题的途径之一[4]。肿瘤pH 可用于触发聚合物载体的快速药物释放、输送药物到细胞内甚至特定的细胞器，大量增加药物作用部位如细胞质和细胞核中的浓度，饱和癌细胞的多种抗药机制，克服肿瘤的耐药性，减少肿瘤化学治疗的毒副作用[5]。

1 pH敏感高分子载药系统及缩醛聚合物的研究进展

pH响应的聚合物可分成2类：质子化的聚合物和酸不稳定的聚合物。质子化的聚合物，通常有带胺基、吡啶或者咪唑基等碱性基团的弱碱性聚合物或带羧酸基、磺解的化学键有腙键[6]、缩醛（酮）键[7-8]、β-羧酸酰胺键[9]、原酸酯键[10]等。这类酸性条件下快速水解的化学键还常用于设计高分子与药物之间，或者嵌段或接枝共聚物之间的连接桥（linker)等[11-12]。

具有pH响应的酸不稳定聚合物中，含缩醛键的聚合物具有如下优点[13]：合成条件温和，结构较明确，可在弱酸性条件下水解，是一种潜在的肿瘤微酸环境响应型抗肿瘤药物输送载体。缩醛键的生成一般有2种方式[13-14]，第1种是醛基与羟基直接进行羟醛缩合，一般适用于小分子合成，特别是芳香醛参与的化学反应，通常不用于直接合成高分子材料；第二种是乙烯基醚与羟基通过亲电加成得到，常被用于羟基的保护。二乙烯基（A2单体）与二元醇（B2单体)直接缩合可合成线性聚缩醛，目前多种聚缩醛已被成功合成并运用于药物传输领域，表现出了良好的pH控制释放性能。此外含1个乙烯基和1个羟基的AB型单体也可以直接分子间缩合，得到线性聚缩醛。按推理，如果能合成AB2型单体（1个乙烯基与2个羟基或2个乙烯基和1个羟基），将可以用来合成超支化聚缩醛。Frey等[15]合成了带乙烯基醚结构的环氧单体，直接均聚或与环氧乙烷共聚后得到含多乙烯基醚侧链的聚乙二醇，Jia等[16]合成了带乙烯基醚结构的丙烯酸酯类单体。Frey等[17]通过合成以缩醛键连接环氧环与羟基的单体，通过阴离子聚合方法，与环氧乙烷共聚，合成了可降解成小分子的超支化聚醚。

缩醛转移指缩醛键中，来源于醇的基团被别的醇取代。由于用醇对醛进行保护时，是2个醇分子与醛基形成缩醛结构，因此，如果用另一高沸点醇进行转移时，一般是2个醇同时被转移，是一种对称转移[18]。这种对称缩醛转移法已被用于合成超支化聚合物及对称结构的小分子单体。

本文通过缩酮交换的办法得到了自引发剂单体，并同时具备了可以弱酸降解的缩酮结构。

2 实验部分

2.1 主要试剂

丙烯酸羟乙酯（98%）、2-溴异丁酰溴（98%）、2，2-二甲氧基丙烷（99%）、乙二醇（99%）、三乙胺（98%）、对苯二酚、二氯甲烷（分析纯）、三氯甲烷（分析纯）。

2.2 pH敏感的 引发剂型单体的合成过程

取100mL单口瓶一只，量取20mL干燥的二氯甲烷（CH2Cl2）溶剂，称取乙二醇（1.862g， 30mmol），并加入缚酸剂三乙胺（3.946g， 39mmol），将反应置于冰水浴中搅拌30min，逐滴加入溶于10mL二氯甲烷的2-溴异丁酰溴（7.587g，33mmol）溶液，保持缓慢滴加2h之后撤掉冰水浴，在室温下搅拌12h，反应结束。将溶剂除去，加入高纯水萃取3次之后，再次除去溶剂后得到黄色油状液体，并且通过柱层析提纯到目标产物。

图1 化合物（1）合成路线

取一个100mL二口瓶，搭建一个蒸馏装置。向二口瓶中量取溶剂三氯甲烷35mL，加入上一步得到的产物（1）（2.785g，13.2mmol），2，2-二甲氧基丙烷（1.25g， 12mmol），丙烯酸羟乙酯HEA（1.533g，13.2mmol），催化剂对甲苯磺酸PTSA（1.15mg，0.006mmol），阻聚剂对苯二酚（0.4g）。将反应瓶置于油温为65摄氏度的油浴锅中，一段时间后，冷凝管中有氯仿和甲醇的共沸物（共沸温度为54摄氏度）流出，促使反应的正向进行。待反应24h之后，萃取除去催化剂对甲苯磺酸和阻聚剂对苯二酚，旋蒸除去溶剂。得到的浅黄色液体，通过柱层析提纯得到目标产物。干燥避光保存样品以待检测。

图2 inimer缩酮交换合成路线

2.3 化合物分析方法

使用AVANCE-500核磁共振波谱仪对物质的结构组成进行1HNMR表征。

3 结果和讨论

图3是inimer合成第一步产物（1）的1HNMR图谱。从图中可以看出，b氢即与酯键相连的亚甲基（-CH2-）的吸收峰b（4.25×10-6）处，a处归属于与羟基相连的亚甲基的吸收峰。C（1.97×10-6）处归属于2个甲基的吸收峰。所以通过核磁氢谱可以判断，合成的物质与目标产物相吻合。

图3 inimer合成第一步产物（1）的1HNMR图谱

图4是最终产物（2）inimer的1H-NMR图谱。从图中可以看出，d处归属于与酯键相连的亚甲基（-CH2-）的吸收峰，而e处归属于与丙烷相连的亚甲基的吸收峰，f处归属于b丙烷结构中的2个甲基的吸收峰，g（1.97×10-6）处归属于酰溴结构式上的2个甲基的吸收峰，而a、b、c处的双键特征吸收峰出现在5.8×10-6～6.5×10-6处。所以我们通过核磁氢谱可以判断，通过缩酮交换得到的目标产物完全符合我们的设计合成路线。

图5是最终产物（2）inimer的13C-NMR图谱。通过13C-NMR图谱可以再次证明，合成的inimer上碳的个数完全与目标产物的吻合。那么证明酸降解性引发剂型单体即合成成功了。

图4 最终产物inimer (2)的1HNMR图谱

图5 最终产物（2）inimer的13C-NMR图谱

4 结论

本文通过不对称缩酮交换方法，首次成功地构建了一种含缩酮结构的丙烯酸酯类单体，在以后的工作中可以用来合成以缩酮键连接的嵌段或接枝共聚物。这种结构，药物可以在酸性条件下释放。因此，这种缩酮交换法将在构建具有pH敏感性聚合物药物载体上，发挥巨大的作用。此外，这种缩醛转移法在合成可降解高分子材料上也将有很好的应用前景，可合成具有酸降解功能的环境友好材料。

[1] World cancer research fund international. www.wcrf.org, 2012.

[2] Gottesman MM. Mechanisms of cancer drug resistance [J]. Annu Rev Med.， 2002(53)： 615-627.

[3] Duncan R. The dawning era of polymer therapeutics [J]. Nature Reviews Drug Discovery, 2003(5)： 347-60.

[4] Rapoport N. Physical stimuli-responsive polymeric micelles for anti-cancer drug delivery [J]. Prog Polym Sci, 2007(32)：962-990.

[5] Lee ES, Gao ZG, Bae YH. Recent progress in tumor pH targeting nanotechnology [J]. J Control Release, 2008(132)：164-170.

[6] Gillies ER, Frechet JMJ. pH-responsive copolymer assemblies for controlled release of doxorubicin [J]. Bioconjugate Chem, 2005(16)： 361-368.

[7] Gillies ER, Jonsson TB, Frechet JMJ. Stimuli-responsive supramolecular assemblies of linear-dendritic copolymers [J]. J. Am. Chem. Soc., 2004(126)： 11936-11943.

[8] Heffernan MJ, Murthy N. Polyketal Nanoparticles： A New pHSensitive Biodegradable Drug Delivery Vehicle. Bioconjugate Chem., 2005(16)： 1340-1342.

[9] Xu PS, Van Kirk EA, Zhan YH, et al. Targeted charge reversal nanoparticles for nuclear drug delivery [J]. Angew Chem Int Ed., 2007(46)： 4999-5002.

[10] Huang XN， Du FS， Cheng J， et al. Acid-sensitive polymeric micelles based on thermoresponsive block copolymers with pendent cyclic orthoester groups [J]. Macromolecules， 2009，42： 783-790.

[11] H.S. Yoo, E.A. Lee, T.G. Park, J. Doxorubicin-conjugated biodegradable polymeric micelleshaving acid-cleavable linkages[J]. J Control. Release, 2002(82)： 17-27.

[12] Deng C, Jiang YJ, Cheng R, Meng FH, Zhong ZY. Biodegradable polymeric micelles for targeted and controlled anticancer drug delivery： Promises, progress and prospects[J]. Nano Today, 2012(7)： 467-480.

[13] Lemcoff NG, Fuchs B. Toward Novel Polyacetals by Transacetalation Techniques[J]. Dendrimeric Diacetals Org. Lett.，2002(4)： 731-734.

[14] Li, Z. Y., Li, P. P., and Huang, J. L. Synthesis of amphiphilic copolymer brushes： Poly(ethylene oxide)-graftpolystyrene [J]. J. Polym. Sci., Part A： Polym. Chem., 44 (15)： 4361-4371.

[15] Mangold C, Dingels C, Obermeier B, Frey H, Wurm F. PEG-based Multifunctional Polyethers with Highly Reactive Vinyl-Ether Side Chains for Click-Type Functionalization[J]. Macromolecules, 2011(44)： 6326-6334.

[16] Jia ZF, Liu JQ, Davis TP, Bulmus V. RAFT polymerization and thiol-ene modification of 2-vinyloxyethyl methacrylate：Towards functional branched polymers[J]. Polymer, 2009(50)： 5928-5932.

[17] Tonhauser C, Schull C, Dingels C, Frey H. Branched Acid-Degradable， Biocompatible Polyether Copolymers via Anionic Ring-Opening Polymerization Using an EpoxideInimer[J]. ACS Macro Lett., 2012(1)： 1094-1097.

[18] Chatterjee S, Ramakrishnan S. Hyperbranched Polyacetals with Tunable Degradation Rates[J]. Macromolecules, 2011(44)： 4658-4664.

Preparation and Characterization of a New pH-Sensitive Biodegradable Inimer

LIU Xiao-ting, LI Zhong-yu, PAN Yue-xiao
(College of Chemistry and Materials Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325027, China)

In this paper, an acid-sensiti ve drug delivery inimer was synthesized by a new stratege based on the acetal exchange reaction. It could be synthesized to be a hydrosoluble polymer which contained ketal linkages in its backbone. In the future, this new delivery system should f nd numerous applications in the f eld of drug delivery because of its excellent degradation properties.

acetal exchange reaction; inimer; acid-sensitive

文献标识码：A

1671-9905(2015)03-00 -

刘晓婷（1988-），女，硕士，研究方向：高分子药物载体，E-mail：lxttoday@126.com

2015-01-12