一种制备端基羧基化聚乙二醇的方法.pdf

本发明涉及一种制备端基羧基化聚乙二醇的方法，使用与聚乙二醇(以羟基摩尔数计算)相同当量的亚氯酸钠为氧化剂，以TEMPO和Bleach(漂白剂)为催化剂，在近中性的溶液中，低于50℃的温度下，高产率的将伯羟基转化为羧基，从而高产率的制备了端基羧基化聚乙二醇，并且避免了醚键的破坏。

权利要求书
1.  一种制备端基羧基化聚乙二醇的方法，具体步骤为，步骤1：取一定量的聚乙二醇(以羟基的摩尔数计算)和TEMPO溶于一定量的磷酸缓冲液中，将溶液恒温；
步骤2：然后在2小时内依次加入与聚乙二醇等摩尔量的亚氯酸钠水溶液，和与TEMPO等摩尔量的漂白剂水溶液，得混合液；
步骤3：上述混合液恒温反应6～12小时；
步骤4：冷至室温，用2.0N的氢氧化钠溶液调节到pH7.0-9.0，然后加入摩尔量等于聚乙二醇和TEMPO之和的0～5℃的亚硫酸钠溶液，保持温度低于20℃反应1-5小时，并不停搅拌；
步骤5：然后加入草酸调节溶液到pH2～3，氯仿抽提2-5次，合并氯仿抽提液并干燥，过滤除盐后减压浓缩，浓缩液用乙醚沉淀，过滤后，真空干燥得到白色粉末状产物。

2.  根据权利要求1所述的制备端基羧基化聚乙二醇的方法，步骤1中TEMPO所加入量为聚乙二醇摩尔量的5％～10％，优选量为7％～8％。

3.  根据权利要求1所述的制备端基羧基化聚乙二醇的方法，步骤1中的磷酸缓冲液的pH值为6.5～7.5，优选的pH值为6.7～6.8。

4.  根据权利要求1所述的制备端基羧基化聚乙二醇的方法，步骤1中的磷酸缓冲液的浓度为0.2M～0.8M，优选的浓度为0.3M～0.5M。

5.  根据权利要求1所述的制备端基羧基化聚乙二醇的方法，步骤1中恒温的温度为30-50℃，优选35-40℃。

6.  根据权利要求1所述的制备端基羧基化聚乙二醇的方法，步骤3中当聚乙二醇的分子量小于5000时，优选的反应时间为6小时；当聚乙二醇的分子量大于5000时，优选的反应时间为6-12小时。

7.  根据权利要求1所述的制备端基羧基化聚乙二醇的方法，步骤4中pH为8.0，反应时间为2-3小时，优选2小时。

8.  根据权利要求1所述的制备端基羧基化聚乙二醇的方法，漂白剂为次氯酸钠NaClO，TEMPO为2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基。

9.  根据权利要求1所述的制备端基羧基化聚乙二醇的方法，步骤5中用无水硫酸钠干燥。

10.  根据权利要求1所述的制备端基羧基化聚乙二醇的方法，还包括步骤6：取一定量产物(以羧基转化率100％计)，用水溶解，并加入酚酞指示剂，用0.01N氢氧化钠滴定至终点，计算产率。

说明书一种制备端基羧基化聚乙二醇的方法
技术领域
本发明涉及一种聚乙二醇的改性方法，具体涉及一种制备端基羧基化聚乙二醇的方法。
背景技术
聚乙二醇，其结构见下图，
(polyethylene glycol-diol聚乙二醇-二醇)
(ω-methoxy-polyethylene glycol单甲氧基-聚乙二醇)
是一种人工合成的非离子表面活性剂或乳化剂，其应用领域十分广泛。由于它的两亲性，无毒，极低或无抗原性，良好的生物相容性，被广泛应用于化工、食品、化妆品，医药等行业中。近些年来，由于基因工程等生物技术的发展，大量的蛋白质多肽类药物被制造出来用于临床治疗。由于这些蛋白质(多肽)的一些不可避免的天然缺陷(抗原性，低循环半寿期等)限制了这些具有良好疗效的药物的使用效果。利用聚乙二醇的优良特性来改造这些蛋白质药物的努力从上世纪七十年代末就已经开始了，有些成功的聚乙二醇化的蛋白质(多肽)药物已经在临床中使用并取得了显著的疗效。
由于人工合成的聚乙二醇为线性分子，其端基为羟基，反应性很差，难于直接连接在这些蛋白质(多肽)药物结构中的一些基团上，因此，要达到将聚乙二醇连接在药物分子上，就必须让聚乙二醇的端基具有良好的反应性，通常的办法是将末端的羟基转化为羧基，通过活化的羧基，聚乙二醇很容易连接在蛋白质(多肽)的亲核性基团上(如氨基)。
众所周知的一种将伯醇氧化为羧酸的方法是使用硝酸进行氧化，但是硝酸不能用于制备端基羧基化的聚乙二醇，因为硝酸的强酸性会破坏聚乙二醇中的醚键，造成聚乙二醇的链状结构缩短，破坏分子量的均一度。1975年7月31发表的一个日本专利(No50-96519)，给出了一种将伯羟基转化为羧基的一种方法，用贵金属如钯作催化剂用苛性碱使羟基脱氢的方法制备羧酸基团，由于这个方法使用很高的温度(100℃～270℃)， 也会断裂聚乙二醇骨架中的醚键连接。
综上，我们知道，通过通常的氧化反应制备端基羧基化聚乙二醇是一件非常困难的事情，原因有两个：1.基团转化的高产率(>95％)很难做到，2.氧化方法不破坏醚键也很难做到(高温和低pH都会破坏醚键)。
人们发现了催化量的氧化氮自由基(如TEMPO等)和可产生氮氧化物的化合物(NOx)可以高产率的转化伯羟基为羧基，同样的，大多数的这种反应采用了浓硝酸作为氮氧化物的来源，虽然有很高的转化率，但醚键的断裂同样不可避免。使用氧化氮自由基，真正的氧化剂是氧化氮自由基转化成的，Bleach(漂白剂)可以将TEMPO转化为氧化铵盐，但它们在中性溶液中只能将羟基转化为醛基，只有在高浓度碱性条件下，才能转化为羧基，而且TEMPO需要很高的量。
发明内容
本发明使用了一种新的方法，使用与反应物聚乙二醇(以羟基摩尔数计算)相同当量的亚氯酸钠为氧化剂，以TEMPO和Bleach(漂白剂)为催化剂，在近中性的溶液中，低于50℃的温度下，高产率的将伯羟基转化为羧基，从而高产率的制备了端基羧基化聚乙二醇，并且避免了醚键的破坏。
本发明涉及一种制备端基羧基化聚乙二醇的方法，具体步骤为，
步骤1：取一定量的聚乙二醇(以羟基的摩尔数计算)和TEMPO溶于一定量的磷酸缓冲液中，将溶液恒温；
步骤2：然后在2小时内依次加入与聚乙二醇等摩尔量的亚氯酸钠水溶液，和与TEMPO等摩尔量的Bleach(漂白剂)水溶液，得混合液；
步骤3：上述混合液恒温反应6～12小时；
步骤4：冷至室温，用2.0N的氢氧化钠溶液调节到pH7.0-9.0，然后加入摩尔量等于聚乙二醇和TEMPO之和的0～5℃的亚硫酸钠溶液，保持温度低于20℃反应1-5小时，并不停搅拌；
步骤5：然后加入草酸调节溶液到pH2～3，氯仿抽提2-5次，合并氯仿抽提液并干燥，过滤除盐后减压浓缩，浓缩液用乙醚沉淀，过滤后，真空干燥得到白色粉末状产物。
优选地，步骤1中TEMPO所加入量为聚乙二醇摩尔量的5％～10％，优选量为7％～8％。
优选地，步骤1中的磷酸缓冲液的pH值为6.5～7.5，优选的pH值为6.7～6.8。
优选地，步骤1中的磷酸缓冲液的浓度为0.2M～0.8M，优选的浓度为0.3M～0.5M。
优选地，步骤1中恒温的温度为30-50℃，优选35-40℃。
优选地，步骤3中当聚乙二醇的分子量小于5000时，优选的反应时间为6小时；当聚乙二醇的分子量大于5000时，优选的反应时间为6-12小时。
优选地，步骤4中pH为8.0，反应时间为2-3小时，优选2小时。
优选地，步骤4中亚硫酸钠溶液的温度为0℃。
优选地，步骤5中用无水硫酸钠干燥。
优选地，步骤5中乙醚的加入量为8-12体积，优选10体积；优选加入冷乙醚。
优选地，还包括步骤6：取一定量产物(以羧基转化率100％计)，用水溶解，并加入酚酞指示剂，用0.01N氢氧化钠滴定至终点，计算产率。
上述制备方法中，聚乙二醇的结构为：

或
其中n是一个整数，其范围从20～5000，优选75～200。
上述制备方法中，Bleach(漂白剂)为次氯酸钠NaClO，TEMPO为2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基，其结构式如下：

上述制备方法的反应式为：


主要反应原理图示

附图说明
图1为实施例1制备的产物的红外图谱；
图2为实施例2制备的产物的红外图谱；
图3为实施例3制备的产物的红外图谱；
具体实施方式
实施例1
将20克(10mmol)的分子量为2K的mPEG-CH2CH2OH和109毫克(0.7mmol)的TEMPO溶于150mL(0.5M pH6.7)的磷酸缓冲液中，将溶液升温至35℃并维持恒温，而后加入0.265mL5.25％的Bleach(NaClO 2％mmol)，然后在2小时内加入2.29克80％的NaClO2(10mmol)，维持恒温并继续搅拌反应6小时；而后将反应液冷至室温，用2.0N氢氧化钠溶液调节至pH8.0，将此溶液倾入含有3.05克亚硫酸钠的0℃的溶液中，保持温度小于20℃搅拌反应2小时；然后用草酸调节溶液至pH2～3，等体积氯仿抽提三次，合并氯仿抽提液，用无水硫酸钠干燥，减压浓缩后，用10倍体积的冷乙醚沉淀。过滤得到保色沉淀，并真空干燥，得到最后的产物mPEG-CH2COOH。取0.2克产物溶于水中，加入酚酞指示剂，用0.01N NaOH溶液滴定，至终点时消耗碱液9.9mL，经计算酸的含量为99％。另取少量产物进行红外光谱测试，谱图如图1所示，在1745cm-1处有吸收峰说明是羧基吸收峰。
实施例2
将50克(10mmol)的分子量为5K的mPEG-CH2CH2OH和109毫克(0.7mmol)的TEMPO 溶于250mL(0.3M pH6.8)的磷酸缓冲液中，将溶液升温至40℃并维持恒温，而后加入0.265mL5.25％的Bleach(NaClO 2％mmol)，然后在2小时内加入2.29克80％的NaClO2(10mmol)，维持恒温并继续搅拌反应8小时；而后将反应液冷至室温，用2.0N氢氧化钠溶液调节至pH8.0，将此溶液倾入含有3.05克亚硫酸钠的0℃的溶液中，保持温度小于20℃搅拌反应2小时；然后用草酸调节溶液至pH2～3，等体积氯仿抽提三次，合并氯仿抽提液，用无水硫酸钠干燥，减压浓缩后，用10倍体积的冷乙醚沉淀。过滤得到保色沉淀，并真空干燥，得到最后的产物mPEG-CH2COOH。取0.5克产物溶于水中，加入酚酞指示剂，用0.01N NaOH溶液滴定，至终点时消耗碱液9.85mL，经计算酸的含量为98.5％。另取少量产物进行红外光谱测试，谱图如图2所示，在1745cm-1处有吸收峰说明是羧基吸收峰。
实施例3
将100克(10mmol)的分子量为10K的mPEG-CH2CH2OH和109毫克(0.7mmol)的TEMPO溶于500mL(0.4M pH6.8)的磷酸缓冲液中，将溶液升温至37℃并维持恒温，而后加入0.265mL5.25％的Bleach(NaClO 2％mmol)，然后在2小时内加入2.29克80％的NaClO2(10mmol)，维持恒温并继续搅拌反应12小时；而后将反应液冷至室温，用2.0N氢氧化钠溶液调节至pH8.0，将此溶液倾入含有3.05克亚硫酸钠的0℃的溶液中，保持温度小于20℃搅拌反应2小时；然后用草酸调节溶液至pH2～3，等体积氯仿抽提三次，合并氯仿抽提液，用无水硫酸钠干燥，减压浓缩后，用10倍体积的冷乙醚沉淀。过滤得到保色沉淀，并真空干燥，得到最后的产物mPEG-CH2COOH。取0.5克产物溶于水中，加入酚酞指示剂，用0.01N NaOH溶液滴定，至终点时消耗碱液4.49mL，经计算酸的含量为99.8％。另取少量产物进行红外光谱测试，谱图如图3所示，在1745cm-1处有吸收峰说明是羧基吸收峰。