單端與雙端氨基聚乙二醇的制備

王瑞彬, 曾杰生

[廣東順德工業設計研究院(廣東順德創新設計研究院),廣東 佛山 528311]

單端與雙端氨基聚乙二醇的制備

王瑞彬*, 曾杰生

[廣東順德工業設計研究院(廣東順德創新設計研究院),廣東 佛山 528311]

用Mitsunobu反應改進蓋布瑞爾合成法，以鄰苯二甲酰亞胺為原料，分別制得單端和雙端取代的聚乙二醇衍生物(3和5); 3和5經肼解反應制得單端和雙端氨基取代的聚乙二醇，其結構經1H NMR和MS(ESI)確證。

Mitsunobu反應; 蓋布瑞爾合成法; 氨基取代; 聚乙二醇; 制備

聚乙二醇(PEG)因具有良好的親水性,生物血液相溶性[1],柔順性和抗凝血性而廣泛應用于新材料合成,材料改性和蛋白類生化藥物修飾[2-4]。在PEG的化學結構中,端基對其化學活性起著決定性作用。通過乙二醇或環氧乙烷聚合制得的PEG，端位羥基的活性較低,與其他化學基團進行反應時需要較劇烈的反應條件。因此，人們通常用氨基,羧基或醛基取代端基羥基，以提高其反應活性[5-6]。常用的PEG端氨基引入方法有：(1)PEG末端鹵代后，與疊氮化鈉反應，最后催化加氫。(2)PEG末端鹵代后，與氨水反應。(3)蓋布瑞爾合成法[7-11]。但以上合成路線均存在反應條件苛刻，步驟繁瑣，制備周期較長等缺點。

本文用經典的Mitsunobu反應改進蓋布瑞爾合成法,以鄰苯二甲酰亞胺(2)為原料，分別制得單端和雙端取代的聚乙二醇衍生物(3和5); 3和5經肼解反應制得單端和雙端氨基取代的聚乙二醇(4和6, Scheme 1)，其結構經1H NMR和MS(ESI)確證。該方法省去了PEG的活化環節，縮短了合成路線，中間產物提純簡便，收率較高。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Bruker- 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)；Agilent 6120型液- 質聯用儀。

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,阿拉丁試劑有限公司;其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 3的合成

將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，冰浴冷卻下，緩慢滴加DEAD 6.9 g(40 mmol)的THF(50 mL)溶液，滴畢(1 h),于室溫反應20 h(TLC跟蹤)。濃縮，殘余物經硅膠柱層析[洗脫劑:A=V(甲醇)/V(二氯甲烷)=1/19]純化得無色透明液體聚乙二醇單端鄰苯二甲酰亞胺(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

將3 12.0 g(16 mmol)溶于無水乙醇(150 mL)中，緩慢滴加N2H4·H2O 4 mL，滴畢，回流反應2.5 h(TLC跟蹤)。過濾，濾液濃縮，濃縮液加入二氯甲烷(20 mL)中，于0 ℃靜置2 h后過濾，濾液濃縮，濃縮液加入二氯甲烷(10 mL)中,于0 ℃靜置2 h,過濾，濾液減壓濃縮得無色黏稠液體單端基氨基聚乙二醇(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

將1 12.0 g(20 mmol), 2 12.0 g(80 mmol)和三苯基磷20.8 g(80 mmol)溶于無水THF(200 mL)中，冰浴冷卻，緩慢滴加DEAD 13.8 g(80 mmol)的THF(50 mL)溶液，滴畢(1 h)，于室溫反應20 h(TLC跟蹤)。濃縮，殘余物經硅膠柱層析(先用二氯甲烷沖洗，再用洗脫劑A快速沖洗)純化得無色透明液體聚乙二醇雙端鄰苯二甲酰亞胺(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

將5 12.0 g(16 mmol)溶于無水乙醇(150 mL)中，緩慢滴加N2H4·H2O 4 mL，滴畢，回流反應2.5 h(TLC跟蹤)。過濾，濾液濃縮，殘余物加入二氯甲烷(20 mL)中，于0 ℃靜置2 h后過濾，濾液濃縮后加入二氯甲烷(10 mL)中,于0 ℃靜置2 h,過濾，濾液減壓濃縮得無色黏稠液體雙端基氨基聚乙二醇(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 結果與討論

2.1 合成

1與2反應，通常需要使用活化試劑(如對甲苯磺酰氯，二氯亞砜等)活化聚乙二醇端羥基。本文采用Mitsunobu反應，使1與2直接偶聯。并通過控制1和2的用量，制得3和5。當2，三苯基磷，DEAD用量為1的4倍當量時，產物以3為主。當2，三苯基磷，DEAD用量調整為1的8倍當量時，1兩端可完全被2取代。

我們研究了溶劑(二氯甲烷，甲苯，THF， DMF，乙酸乙酯)對反應的影響。結果發現，THF反應收率最高(3收率60%， 5收率83%)。合成單端產物時，也會生成雙端反應時的副產物,收率降低,提純也更復雜。通過加入過量三苯基磷，2和DEAD，可使兩端的羥基反應完全，因此5收率高于3。由于產物極性遠大于反應物，提純過程較簡單。先使用低極性的二氯甲烷洗脫副產物和雜質，再用5%甲醇/二氯甲烷溶液快速沖洗，即可制得終產物。此外，我們還發現 DEAD的投料方式對反應收率影響較大。DEAD需在冰浴下緩慢滴加，滴加速度過快或提前加入將使反應收率降低。

2.2 表征

圖1和圖2為3和5的1H NMR譜圖。對比3和5的MS譜圖(圖略)可見，3中鄰苯二甲酰亞胺基的吸電子作用使得與之相連的α- 亞甲基上的氫向低場移動至δ3.87～3.90，與該亞甲基相鄰的β- 亞甲基氫向低場移動到至δ3.71～3.74。δ7.82～7.85與δ7.69～7.72處吸收峰為鄰苯二甲酰亞胺苯環氫的特征峰。這兩組氫與亞甲基上的氫的比例為1 ∶1 ∶1。由于1為聚合度11～18的混合物，δ3.57～3.65處氫的個數44～58。根據δ3.57～3.65與δ7.82～7.85處吸收峰的積分比例可斷定產物的取代方式。當比例為44～58 ∶2時，產物為單取代。當比例為44～58 ∶4時，產物為雙取代。

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處片段峰依次為聚氧乙烯聚合度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處片段峰依次為聚氧乙烯聚合度11～18的特征峰。

δ

δ

圖3和圖4為4和6的1H NMR譜圖。由圖3和圖4可見，端羥基被氨基取代后,3中鄰苯二甲酰亞胺基的吸電子作用使得與之相連的α- 亞甲基氫向高場移動至δ2.88～2.91,β- 亞甲基氫移動至δ3.46～3.48。 5中的α- 亞甲基和β- 亞甲基分別移動至δ2.80～2.83與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處吸收峰依次為PEG聚合度11～18的特征峰。由6的MS分析可知，聚合度11～18的產物峰依次位于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，漢族,山東泰安人,碩士,主要從事有機合成的研究。 E- mail: whg15@163.com

O625.6

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005- 1511.2017.05.16304