一种交替结构抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种交替结构抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物及其制备方法。该聚氨基酸衍生物或共聚物具有交替结构单元和相同的构象。交替重复结构单元中，一种为碱性氨基酸或碱性氨基酸的衍生物，通过改变另一种氨基酸的种类获得不同亲疏水性、材料强度、降解率、抗菌活性的聚氨基抗菌材料。同时，这种方法合成的聚氨基酸衍生物或共聚物在体内降解得到的小分子片段具有一样的构象，且依然为交替结构重复单元，最终被人体降解得到氨基酸小分子，该结构特征保证了这类材料的生物相容性和可降解性以及结构的明确性和可控性，有利于探索生物活性和抗菌机理。

An alternative structure antibacterial poly amino acid derivative or copolymer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种交替结构抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物及其制备方法
本专利技术涉及抗菌材料领域。更具体地，涉及一种交替结构抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物及其制备方法。
技术介绍
随着人们健康意识及医疗卫生水平的不断提高，人们对于抗菌材料的需求和要求也不断提高，抗菌材料除了需要具有抗菌性能，往往还需要较高的生物安全性和环境安全性，比如抗菌类医疗器械，不仅需要有效抑制细菌的生长和繁殖，还需要良好的安全性。目前大多数抗菌材料主要为可以释放抗菌金属离子的材料和季铵盐类的抗菌材料。这些材料都具有较强的抗菌性能，但由于对人体具有一定的细胞毒性，产生耐药性等缺点，急需开发出满足行业要求的抗菌材料。抗菌肽作为一种聚氨基酸多肽，在体内能够降解为氨基酸小分子，被人体吸收或排出体外，是一种比较理想的抗菌材料，满足体内的生物相容性和可降解性。这类多肽中含有大量的碱性氨基酸，如鸟氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸，得到的聚氨基酸侧链上带有阳离子基团，如氨基或吲哚基，具有很好的抗菌效果。目前大部分的聚氨基酸都通过阴离子聚合得到两种或两种以上氨基酸重复单元组成的嵌段类共聚物，这种方法得到的聚氨基酸共聚物其任一主链上的不同片段具有不同的氨基酸重复单元排列顺序，通过添加不同的氨基酸，无法精确地调节聚氨基酸共聚物的结构，也就无法有效控制聚合物的亲疏水性、材料强度、降解速率、抗菌活性、生物安全性等性能。这类方法得到的聚氨基酸共聚物在体内或体外降解时，其降解后的片段其结构各不相同，也就无法进行其抗菌机理的探索。
技术实现思路
本专利技术通过精确调节结构得到不同性能的聚氨基酸衍生物或共聚物，设计合成了一种具有抗菌功能的聚氨基酸衍生物或共聚物材料，这种聚氨基酸衍生物或共聚物的合成是通过末端氨基上带有保护基的醛类与伯胺类、异氰酸盐类由Ugi’s4CC法进行聚合反应以及脱保护基反应，得到结构中富含氨基的交替结构聚氨基酸衍生物或共聚物，该聚氨基酸衍生物或共聚物具有交替结构单元和相同的构象。交替重复结构单元中，一种为碱性氨基酸或碱性氨基酸的衍生物，通过改变另一种氨基酸的种类获得不同亲疏水性、材料强度、降解率、抗菌活性的聚氨基抗菌材料。同时，这种方法合成的聚氨基酸衍生物或共聚物在体内降解得到的小分子片段具有一样的构象，且依然为交替结构重复单元，最终被人体降解得到氨基酸小分子，该结构特征保证了这类材料的生物相容性和可降解性以及结构的明确性和可控性，有利于探索生物活性和抗菌机理。本专利技术的一个目的在于提供一种交替结构抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物，该聚氨基酸衍生物或共聚物具有明确可调的结构，同时具有良好的抗菌效果以及生物相容性和降解性。本专利技术的另一个目的在于提供一种制备上述交替结构聚氨基酸衍生物或共聚物的方法。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：第一方面，本专利技术提供一种交替结构抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物，所述聚氨基酸衍生物或共聚物具有如下结构：简写为[AB]n；其中，A和B分别代表聚氨基酸衍生物或共聚物的两种重复单元；n为AB重复单元的重复单元数；n为正整数，n＝2-10000。A、B的化学结构式分别如下：A：B：进一步，所述重复单元A中，R1基团的末端含有氨基，包括但不限于以下结构：R2基团包括但不限于以下结构：-H，本领域技术人员理解的，当R2基团为-H时，对应为聚氨基酸共聚物，R2基团不为-H时，对应为聚氨基酸衍生物。重复单元A上侧链带有自由氨基，带有正电荷，可以调节聚氨基酸衍生物或共聚物材料的抗菌性能；所述重复单元B中，R3基团包括但不限于以下结构：-H，-CH3，R3基团的作用在于调节聚氨基酸衍生物或共聚物材料的亲疏水性、降解性，强度等。第二方面，本专利技术提供一种交替结构可降解抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物的制备方法，包括聚合反应和脱保护基反应两步，如下：1)聚合反应将伯胺和醛加入有机溶剂W中，在0-100℃温度区间内反应0.1-120小时后得到含碳氮双键的中间产物F；将中间产物F、异氰酸盐和强酸Y溶于溶剂X中，在0-100℃温度区间内反应0.1-240小时，得到含有氨基保护基R4和R5的聚氨基酸衍生物；其中R1末端包含氨基，且氨基保护基R4与R1末端氨基上的氮原子相连；2)脱保护基反应：将含氨基保护基R4和R5的聚氨基酸衍生物用脱保护剂P在0-120℃温度区间内反应0.1-150小时后脱去R4基团，得到不含R4基团的聚氨基酸衍生物；或者，步骤2)进一步包括：将所得不含R4基团的聚氨基酸衍生物用脱保护剂Q在0-120℃温度区间内反应0.1-150小时脱去R5基团，得到聚氨基酸共聚物。本领域技术人员理解的，只脱去R4保护基得到的为聚氨基酸衍生物，此时相应于R2不为-H的情况，R2与R5一致；继续脱除R5保护基得到的为聚氨基酸共聚物，此时相应于R2为-H的情况。可选的，在制备聚氨基酸共聚物时，R4基团和R5基团都需要脱除，两者脱除的先后顺序可以互换。即在制备聚氨基酸共聚物时，步骤2)包括：将含氨基保护基R4和R5的聚氨基酸衍生物用脱保护剂Q在0-120℃温度区间内反应0.1-150小时后脱去R5基团，得到不含R5基团的聚氨基酸共聚物；将所得不含R5基团的聚氨基酸共聚物用脱保护剂P在0-120℃温度区间内反应0.1-150小时脱去R4基团，得到聚氨基酸共聚物。优选地，步骤1)聚合反应还可以为一锅法，包括以下步骤：将伯胺强酸Y、异氰酸盐和醛加入溶剂X中，在0-100℃温度区间内反应0.1-360小时，得到含有氨基保护基团R4和R5基团的聚氨基酸衍生物。优选地，步骤1)中，所述伯胺强酸Y、异氰酸盐和醛的摩尔比为(1-3)：(1-3)：(1-3)：(1-3)；优选为1：1：1：1。优选地，步骤2)中，所述醛与脱保护剂P的摩尔比为1：(1-10)，优选1:3；所述伯胺和脱保护剂Q的摩尔比为1：(1-10)，优选1:3。优选地，所述伯胺中，R5包括但不限于以下结构：优选地，氨基保护基R4包括但不限于以下结构：苄氧羰基、叔丁氧羰基、笏甲氧羰基、三氟乙酰基；优选地，异氰酸盐中M为碱金属阳离子，包括但不限于钾离子、钠离子。优选地，所述有机溶剂W包括但不限于四氢呋喃、乙酸乙酯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、正丁醇、丙酮中一种或两种以上的混合物。优选地，所述溶剂X包括但不限于甲醇、水、N,N-二甲基甲酰胺、2,4-二甲基-3-戊醇、异丙醇、邻氯苯酚中的一种或两种以上混合物。优选地，所述强酸Y包括但不限于氢氟酸、氟磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸、三氟乙酸、五氟乙酸、七氟丙酸、乙磺酸、甲基苯基硫醚中的一种或两种以上混合物。优选地，步骤1)聚合反应结束后还包括：对得到的含氨基保护基R4和R5的聚氨基酸衍生物进行纯化，其纯化方法包括但不限于以下方法：方法1：加入水萃取产物，将水层进行纯化处理，冷冻干燥后得到纯化的含氨基保护基R4和R5的聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交替结构抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物，其特征在于，所述聚氨基酸衍生物或共聚物具有如下结构：/n

【技术特征摘要】
1.一种交替结构抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物，其特征在于，所述聚氨基酸衍生物或共聚物具有如下结构：

简写为[AB]n；
其中A为B为
n为正整数，n＝2-10000；
R1的末端含有氨基；
R2为：
-H，
R3为：
-H，-CH3，


2.根据权利要求1所述的交替结构抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物，其特征在于，R1为：





3.一种权利要求1或2所述交替结构抗菌聚氨基酸衍生物或共聚物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)聚合反应
将伯胺和醛加入有机溶剂W中，在0-100℃温度区间内反应0.1-120小时后得到含碳氮双键的中间产物F；将中间产物F、异氰酸盐和强酸Y溶于溶剂X中，在0-100℃温度区间内反应0.1-240小时，得到含有氨基保护基R4和R5的聚氨基酸衍生物；
其中R1末端包含氨基，且氨基保护基R4与R1末端氨基上的氮原子相连；
2)脱保护基反应：
将含氨基保护基R4和R5的聚氨基酸衍生物用脱保护剂P在0-120℃温度区间内反应0.1-150小时后脱去R4基团，得到不含R4基团的聚氨基酸衍生物；
或者，步骤2)进一步包括：
将所得不含R4基团的聚氨基酸衍生物用脱保护剂Q在0-120℃温度区间内反应0.1-150小时脱去R5基团，得到聚氨基酸共聚物；
或者，步骤2)包括：
将含氨基保护基R4和R5的聚氨基酸衍生物用脱保护剂Q在0-120℃温度区间内反应0.1-150小时后脱去R5基团，得到不含R5基团的聚氨基酸共聚物；将所得不含R5基团的聚氨基酸共聚物用脱保护剂P在0-120℃温度区间内反应0.1-150小时脱去R4基团，得到聚氨基酸共聚物。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)聚合反应包括以下步骤：
将伯胺强酸Y、异氰酸盐和醛加入溶剂X中，在0-100℃温度区间内反应0.1-360小时，得到含有氨基保护基团R4和R5基团的聚氨基酸衍生物。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述伯胺强酸Y、异氰酸盐和醛的摩尔比为(1-3)：(1-3)：(1-3)：(1-3)，优选1：1：1：1；
优选地，步骤2)中，所述醛与脱保护剂P的摩尔比为1：(1-10)，优选1:3；所述伯胺和脱保护剂Q的摩尔比为1：(1-10)，优选1:3。


6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述伯胺中，R5为：





7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，氨基保护基R4为：苄氧羰基、叔丁氧羰基、笏甲氧羰基、三氟乙酰基；
优选地，异氰酸盐中M为碱金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：张维，刘富强，曲巍，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11