单端与双端氨基聚乙二醇的制备

王瑞彬, 曾杰生

[广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院),广东 佛山 528311]

单端与双端氨基聚乙二醇的制备

王瑞彬*, 曾杰生

[广东顺德工业设计研究院(广东顺德创新设计研究院),广东 佛山 528311]

用Mitsunobu反应改进盖布瑞尔合成法，以邻苯二甲酰亚胺为原料，分别制得单端和双端取代的聚乙二醇衍生物(3和5); 3和5经肼解反应制得单端和双端氨基取代的聚乙二醇，其结构经1H NMR和MS(ESI)确证。

Mitsunobu反应; 盖布瑞尔合成法; 氨基取代; 聚乙二醇; 制备

聚乙二醇(PEG)因具有良好的亲水性,生物血液相溶性[1],柔顺性和抗凝血性而广泛应用于新材料合成,材料改性和蛋白类生化药物修饰[2-4]。在PEG的化学结构中,端基对其化学活性起着决定性作用。通过乙二醇或环氧乙烷聚合制得的PEG，端位羟基的活性较低,与其他化学基团进行反应时需要较剧烈的反应条件。因此，人们通常用氨基,羧基或醛基取代端基羟基，以提高其反应活性[5-6]。常用的PEG端氨基引入方法有：(1)PEG末端卤代后，与叠氮化钠反应，最后催化加氢。(2)PEG末端卤代后，与氨水反应。(3)盖布瑞尔合成法[7-11]。但以上合成路线均存在反应条件苛刻，步骤繁琐，制备周期较长等缺点。

本文用经典的Mitsunobu反应改进盖布瑞尔合成法,以邻苯二甲酰亚胺(2)为原料，分别制得单端和双端取代的聚乙二醇衍生物(3和5); 3和5经肼解反应制得单端和双端氨基取代的聚乙二醇(4和6, Scheme 1)，其结构经1H NMR和MS(ESI)确证。该方法省去了PEG的活化环节，缩短了合成路线，中间产物提纯简便，收率较高。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker- 400 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标)；Agilent 6120型液- 质联用仪。

Scheme 1

聚乙二醇(PEG- 600, 1),三苯基磷，偶氮二甲酸二乙酯(DEAD), 2和水合肼,阿拉丁试剂有限公司;其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1) 3的合成

将1 12.0 g(20 mmol), 2 6.0 g(40 mmol)和三苯基磷10.4 g(40 mmol)溶于THF(200 mL)中，冰浴冷却下，缓慢滴加DEAD 6.9 g(40 mmol)的THF(50 mL)溶液，滴毕(1 h),于室温反应20 h(TLC跟踪)。浓缩，残余物经硅胶柱层析[洗脱剂:A=V(甲醇)/V(二氯甲烷)=1/19]纯化得无色透明液体聚乙二醇单端邻苯二甲酰亚胺(3)9.0 g，收率60%;1H NMRδ: 7.82～7.85(dd,J=5.4 Hz, 3.0 Hz, 2H), 7.69～7.72(dd,J=5.4 Hz, 3.1 Hz, 2H), 3.87～3.90(t,J=5.8 Hz, 2H), 3.71～3.74(t,J=5.8 Hz, 4H), 3.69～3.51(m, 52H); MS(ESI)m/z: Calcd for C8H4NO2- (C2H4O)n- H(n=11, {[M+H+Na]2+})654.3, found 654.2; (n=12, {[M+H+Na]2+})698.3, found 698.6; (n=13, {[M+H+Na]2+})742.3, found 742.4; (n=14, {[M+H+Na]2+})786.4, found 786.7; (n=15, {[M+H+Na]2+})830.4, found 830.3; (n=16, {[M+H]+})852.3, found 852.6; (n=17, {[M+H+Na]2+})918.3, found 918.5; (n=18, {[M+H+Na]2+})962.3, found 962.8。

(2) 4的合成

将3 12.0 g(16 mmol)溶于无水乙醇(150 mL)中，缓慢滴加N2H4·H2O 4 mL，滴毕，回流反应2.5 h(TLC跟踪)。过滤，滤液浓缩，浓缩液加入二氯甲烷(20 mL)中，于0 ℃静置2 h后过滤，滤液浓缩，浓缩液加入二氯甲烷(10 mL)中,于0 ℃静置2 h,过滤，滤液减压浓缩得无色黏稠液体单端基氨基聚乙二醇(4)9.0 g，收率93%;1H NMRδ: 3.75～3.71(m, 2H), 3.70～3.62(m, 50H), 3.61～3.54(m, 4H), 2.92(d,J=5.1 Hz, 2H); MS(ESI)m/z: Calcd for H2N- (C2H4O)n- H(n=11, {[M+H]+})502.3, found 502.5; (n=12, {[M+H]+})546.3, found 546.6; (n=13, {[M+H]+})590.3, found 590.3; (n=14, {[M+H]+})634.3, found 634.7; (n=15, {[M+H]+}) 578.3, found 678.6; (n=16, {[M+H]+})722.3, found 722.7; (n=17, {[M+H]+})766.3, found 766.4; (n=18, {[M+H]+})810.3, found 810.8。

(3) 5的合成

将1 12.0 g(20 mmol), 2 12.0 g(80 mmol)和三苯基磷20.8 g(80 mmol)溶于无水THF(200 mL)中，冰浴冷却，缓慢滴加DEAD 13.8 g(80 mmol)的THF(50 mL)溶液，滴毕(1 h)，于室温反应20 h(TLC跟踪)。浓缩，残余物经硅胶柱层析(先用二氯甲烷冲洗，再用洗脱剂A快速冲洗)纯化得无色透明液体聚乙二醇双端邻苯二甲酰亚胺(5)15.0 g，收率83%;1H NMRδ: 7.82～7.85(dd,J=5.4 Hz, 3.0 Hz, 4H), 7.69～7.72(dd,J=5.4 Hz, 3.1Hz, 4H), 3.87～3.90(t,J=5.8 Hz, 4H), 3.71～3.74(t,J= 5.8 Hz, 4H), 3.69～3.51(m, 48H); MS(ESI)m/z: Calcd for C8H4O2- N- (C2H4O)nCH2CH2N- C8H4O2(n=10, {[M+H]+})761.3, found 761.9; (n=11, {[M+H]+})805.3, found 805.4; (n=12, {[M+H]+})849.3, found 849.8; (n=13, {[M+H]+})893.4, found 893.3; (n=14, {[M+H]+})937.4, found 938.0; (n=15, {[M+H]+})981.4, found 981.6; (n=16, {[M+H]+})1 025.1, found 1 025.6; (n=17, {[M+H]+})1 069.4, found 1 069.4。

(4) 6的合成

将5 12.0 g(16 mmol)溶于无水乙醇(150 mL)中，缓慢滴加N2H4·H2O 4 mL，滴毕，回流反应2.5 h(TLC跟踪)。过滤，滤液浓缩，残余物加入二氯甲烷(20 mL)中，于0 ℃静置2 h后过滤，滤液浓缩后加入二氯甲烷(10 mL)中,于0 ℃静置2 h,过滤，滤液减压浓缩得无色黏稠液体双端基氨基聚乙二醇(6)8.7 g，收率90%;1H NMRδ: 3.71～3.52(m, 45H), 3.47(t,J=5.2 Hz, 4H), 2.82(t,J=5.1 Hz, 4H); MS(ESI)m/z: Calcd for H2N- (C2H4O)nCH2CH2NH2(n=10, {[M+H]+})501.3, found 501.4; (n=11, {[M+H]+})545.3, found 545.5; (n=12, {[M+H]+})589.4, found 589.3; (n=13, {[M+H]+})633.4, found 634.0; (n=14, {[M+H]+})677.4, found 677.4; (n=15, {[M+H]+})721.4, found 721.7; (n=16, {[M+H]+})765.5, found 765.4; (n=17, {[M+H]+})810.5, found 810.1。

2 结果与讨论

2.1 合成

1与2反应，通常需要使用活化试剂(如对甲苯磺酰氯，二氯亚砜等)活化聚乙二醇端羟基。本文采用Mitsunobu反应，使1与2直接偶联。并通过控制1和2的用量，制得3和5。当2，三苯基磷，DEAD用量为1的4倍当量时，产物以3为主。当2，三苯基磷，DEAD用量调整为1的8倍当量时，1两端可完全被2取代。

我们研究了溶剂(二氯甲烷，甲苯，THF， DMF，乙酸乙酯)对反应的影响。结果发现，THF反应收率最高(3收率60%， 5收率83%)。合成单端产物时，也会生成双端反应时的副产物,收率降低,提纯也更复杂。通过加入过量三苯基磷，2和DEAD，可使两端的羟基反应完全，因此5收率高于3。由于产物极性远大于反应物，提纯过程较简单。先使用低极性的二氯甲烷洗脱副产物和杂质，再用5%甲醇/二氯甲烷溶液快速冲洗，即可制得终产物。此外，我们还发现 DEAD的投料方式对反应收率影响较大。DEAD需在冰浴下缓慢滴加，滴加速度过快或提前加入将使反应收率降低。

2.2 表征

图1和图2为3和5的1H NMR谱图。对比3和5的MS谱图(图略)可见，3中邻苯二甲酰亚胺基的吸电子作用使得与之相连的α- 亚甲基上的氢向低场移动至δ3.87～3.90，与该亚甲基相邻的β- 亚甲基氢向低场移动到至δ3.71～3.74。δ7.82～7.85与δ7.69～7.72处吸收峰为邻苯二甲酰亚胺苯环氢的特征峰。这两组氢与亚甲基上的氢的比例为1 ∶1 ∶1。由于1为聚合度11～18的混合物，δ3.57～3.65处氢的个数44～58。根据δ3.57～3.65与δ7.82～7.85处吸收峰的积分比例可断定产物的取代方式。当比例为44～58 ∶2时，产物为单取代。当比例为44～58 ∶4时，产物为双取代。

δ

δ

由3的MS分析可知，m/z654.3, 698.3, 742.3, 786.4, 830.4, 852.3, 918.3和962.3处片段峰依次为聚氧乙烯聚合度11～18的特征峰。由5的MS分析可知，m/z761.3, 805.3, 849.3, 893.4, 937.4, 981.4, 1 113.5, 1 069.4和1 025.1处片段峰依次为聚氧乙烯聚合度11～18的特征峰。

δ

δ

图3和图4为4和6的1H NMR谱图。由图3和图4可见，端羟基被氨基取代后,3中邻苯二甲酰亚胺基的吸电子作用使得与之相连的α- 亚甲基氢向高场移动至δ2.88～2.91,β- 亚甲基氢移动至δ3.46～3.48。 5中的α- 亚甲基和β- 亚甲基分别移动至δ2.80～2.83与δ2.45～2.48。由4的MS分析可知，m/z502.5, 546.6, 590.3, 634.7, 678.6, 722.7, 766.4, 810.8处吸收峰依次为PEG聚合度11～18的特征峰。由6的MS分析可知，聚合度11～18的产物峰依次位于m/z501.4, 545.5, 589.3, 634.0, 677.4, 721.7, 765.4, 810.1。

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Preparation of Single and Double Amino- polyethylene Glycol

WANG Rui- bin*， ZENG Jie- sheng

[Guangdong Shunde Industrial Design Institute(Guangdong Shunde Innovative Design Institute), Foshan 528300, China]

The single and double terminate substutited polyethylene glycol(3 and 5) were obtained by the Gabriel synthesis method, which was impoved by Mitsunobu reaction, using phthalimide as the material. Single and double amino- polyethylene glycol were prepared by hydrazinolysis reaction of 3 with 5. The structures were confirmed by1H NMR and MS(ESI).

Mitsunobu reaction; Gabriel synthesis method; amino- substutition; polyethylene glycol; preparation

2016- 12- 06；

2017- 04- 02

王瑞彬(1986-)，男，汉族,山东泰安人,硕士,主要从事有机合成的研究。 E- mail: whg15@163.com

O625.6

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005- 1511.2017.05.16304