（高分子化学与物理专业论文）γ十八烷酯l谷氨酸n羧基内酸酐开环聚合合成聚肽的研究.pdf

摘要 ， f 聚肽是一种十分重要的生物大分子，c c 一氨基酸n 一羧基内酸酐( o c n c a ) 丌j ：, f i 聚 合是目前较大规模制备聚肽最有效的化学合成方法。但是现有催化体系下的a 聚 合反应中存在着难以控制的副反应，得不到分子量较高且分子量分布又较窄的聚 肽，制成的聚肽不能满足大部分应用的要求。 本研究首次采用以钕化合物和部分水解烷基铝组成的络合物催化7 一十八烷嘴 一l 一谷氨酸n 一羧基内酸酐( s l g n c a ) 开环聚合，成功合成得到了分子量较高而且分 子量分布很窄的聚r 十八烷酯一l 一谷氨酸( p s l g ) 。考察了新催化体系( 钕化合物、 水解烷基铝及其络合物) 以及其它传统催化剂( 伯胺和醇钠) 催化8 l g n c a 聚合的 结果，发现这些新的催化剂均能引发s l g n c a 聚合，但是只有钕化合物与部分水解 烷基铝反应生成的络合物能催化s l g n c a 聚合得到分子量较高且分子量分佰又窄的 p s l g ，其中又以乙酰丙酮钕与部分水解烷基铝组成的络合物( m ( a c a c ) m e t 一批【】) r 最有效，恬性最高。) ，、 。也铽着重研究了n d ( a c a c ) ，a 1 e t 。一；h ：o 催化s l g n c a 的均聚合，详细考察了催化剂组 成，聚合条件等对聚合的影响，得出较佳的聚合条件为：催化剂的a l n d = 6 ，聚合 温度3 0 c ，8 l g n c a 单体初始浓度5 ( w v ) ，单体与催化剂摩尔比为1 0 0 ；在此条件 下获得了窄分子量分布的p s l g ( m w 8 0 0 0 0 ，m w m n = 1 2 左右) 。 安验测定了n d ( 8 c 8 , c ) 。m e t 。一j h ：o 催化s l g n c a 的聚合速率，发现在实验条件下， 其引发速率和链增长速率均较慢，属于慢引发、慢增长反应，动力学方程为： 引发反应： - i n ( 1 一y ) = k i t ， k l = 8 5 4 x 1 0 1 ( r a i n “) 链增长反应： 一i n ( 1 一n = o 9 6 + k 2 t ， k 户1 2 5 x 1 0 “( m i n “) 实验结果表明聚合物p s l g 的分子量随单体的转化稳定地增长，说明链增长过程 很少发生链转移和链终止反应。聚合物分子量和得率的关系如下： l n ( m w ) = 9 6 5 1 0 6 6 3 i n ( 1 一y 1 ! ：! 竺堡生i ：丝竺丝丝塑堕! 塑篓坌堡竺篓丝堑兰! 竺 型! ! ! 竺坐：! 型兰 根据实验研究结果以及a n c a 化学反应机理，并参照文献报道的稀 ：络合催化 环氧丙烷聚合机理，探讨t n d ( a c a c ) ；a 1 e t ；一扎o 催化s l g n c a 聚合村! 。认为稀l ： 络合物催化s l g n c a 配位阴离子聚合，s l g n c a 单体与络合物r t ；j 金槭投乍眦f t ，活 化的羰基提高了单体的反应活性；聚合过程中聚合物链术端i “络台物眦f 矿， 其反应性得到了控制，限制了传统旺一n c a 聚合反应中的副反应，订利j 。女r f f 分散 性的聚肽，因此稀土络合物是一类新的、有效的s l g n c a 刀：环聚合的俄化f 小系。 成功合成了对二氨基苯基卟啉( b a p p ) 和对四氨基苯丛卟啉( t 川) ，i i 汁次 将其作为引发剂引发v 一十八烷酯一l 一谷氨酸n c a 丌环聚合，合j 兑制得了类新呦0 ， 主链上连有卟啉功能团的线形和星形聚y 一十八烷酯一l 一谷氨酸。实验测定t 胛旧j 发 s l g n c a 聚合的动力学方程为： y = 0 8 4 9 ( 1 一e - k p t ) ， k p = 2 0 2 x1 0 m i n 根掘紫外、荧光光谱分析推测，聚合物p s l g b a p p 在四氢呋哺中以单分子和双 分子两种形式存在，而在氯仿中是以单分子形式存在。 首次研究了稀土络合物和部分水解烷基铝催化s l g n c a 与环氧烷烃的共聚反应。 测定了聚合物中各连接键的含量，结果表明，稀土络合催化剂催化s l g n c a 与p o j 0 聚时，不仅生成的p p o 活性链能引发s l g n c a 丌环聚合，而且形成的聚肽链也具有| f 占 性，能引发p 0 聚合，无规共聚得到的聚合物中含有相当量的s l g p o 连接键，蜕 j 两种单体趋于无规或交替共聚。通过分段加料合成得到了p s l g p p o 嵌段共聚物。 这一研究结果为含聚肽共聚物的合成提供了种新的有效途径。 合成了端头带氨基基团的聚乙二醇，并以此作为大单体引发剂首次引发s l ( ；n c a 聚合，聚合物经红外、核磁共振、热失重和g p c 分析，证明合成制得了一种新的嵌 段共聚物p s l g b - p e g 。由于p e g 和p s l g 均具有较好的生物相容性，因此这种新物质 将可很好地用作生物医用材料。 经表征，合成的单体s l g n c a 和p s l g 均具有光学活性。用核磁共振法和柚俊测定 法首次测定了p s l g 在氯仿，氯仿与三氟乙酸混合溶剂以及i ：氟乙酸t f l 的i ：f 液性质， 发现其在不同的溶剂中表现出不同的溶液行为，提出了p s i 。( ；的j t 乖f 聚集校艮聚 合物p s l g 的d s c 分析结果表明，p s l g 具有热致液品性。侧链形成的结品溶斛濉度j ( 1 ) r 十a 烷醋一l 一答氨酸n 羧基内醴酹开环聚台台塑墨塾箜堡塑塑! 墨2 鬯! ? 兰j ：兰! ! 约为6 0 。c ，其液晶相转移温度t ( 2 ) 为5 0 4 c 左右。 均聚物p s l g 在气一水界面上能形成稳定的单分子膜，其单元链节面积与聚合物 的结构有关，连有卟啉的p s l g 最大：温度升高，单元链节面积和崩溃压均略彳r 增 大。首次对p s l g 材料的抗凝血性能进行了静态法测试，结果表明p s i 。g 具有较好的 血液相容性。1 士 丫。! i j _ + c 屯 关键词：聚肽，i 慝仁十八烷酯一l 一谷氨酸，稀土络合催化剂， 。狱磐 a 一氨基酸n 一所及内酸酐，开环聚合 i i i ! z ! 丝兰：垄童丝竺丝兰堕堂曼逖坌坌壁篓垡! ! ! 堕 丝! ! ! 鲨! 主! ：竺! a b s t r a c t p o l y p e p t i d e sa r ev e r yi m p o r t a n tb i o l o g i c a lm a c r o m o l e c u l e s t h ep o l y m e r i z a t i o n s o fa - a m i n oa c i dn c a r b o x y a n h y d r i d e sf 仪- n c a s ) a r ec u r r e n t l yt h em o s te f f e c t i v e c h e m i c a l s y n t h e t i ct e c h n i q u eu s e d f o rt h e l a r g e s c a l e p r e p a r a t i o no fp o l y p e p t i d e s h o w e v e r , t h el i m i t a t i o ni nc o n v e n t i o n a ln c ap o l y m e r i z a t i o n si st h ep r e s e n c eo f s i d e r e a c t i o n s ( c h a i nt e r m i n a t i o na n dc h a i nt r a n s f e r ) ，w h i c hp r e v e n tf o r m a t i o no fd i s p e r s i o n p o l y p e p t i d e t h ee l i m i n a t i o no ft h e s es i d er e a c t i o n sw o u l d r e a l i z et h ep o t e n t i a lo ft h i s p o l y m e r i z a t i o ns y s t e m i nt h i s s t u d y , r a r ee a r t hc o o r d i n a t i o nc a t a l y s t so fn e o d y m i u mc o m p o u n d sw i t h p a r t i a l l yh y d r o l y z e da l k y l a l u m i n u mw e r ef i r s tu s e df o rt h er i n g o p e n i n gp o l y m e r i z a t i o n o f y - s t e a r y l l g l u t a m a t en c a r b o x y a n h y d r i d e ( s l g n c a ) t op r o d u c tt h eh e l i c a lp o l y ( y - s t e a r y l l g l u t a m a t e ) ( p s l g ) w i t hh i g i lm o l e c u l a rw e i g h ta sw e l la sn a r r o wm o l e c u l a r w e i g h t d i s t r i b u t i o n s l g n c ap o l y m e r i z a t i o n s u s i n g n e wc a t a l y s t s ( n e o d y m i u m a c e t y l a c e t o n a t eo rn a p h t h a n a t e ，a 1 e t 3 h 2 0a n dr a r ee a r t hc o o r d i n a t i o nc a t a l y s t s ) a n d o t h e rc o n v e n t i o n a lc a t a l y s t s ( p r i m a r ya m i n ea n ds o d i u m a l k o x i d e ) w e r ei n v e s t i g a t e d 。 i tw a sf o u n dt h a tt h e s en e w c a t a l y s t sc a l li n i t i a t et h ep o l y m e r i z a t i o no fs l g n c a ，b u t p s l gw i t hr e l a t i v e l yh i g hm o l e c u l a rw e i g h ta n dn a r r o wm o l e c u l a rw e i g h td i s t r i b u t i o n c a l l o n l y b eo b t a i n e di nt h e p r e s e n c e o fr a r ee a r t hc o o r d i n a t i o n c a t a l y s t s a n d n d ( a c a c ) 3 a 1 e t 3 一；1 , 1 2 0i sm o r e a c t i v ea n de f f e c t i v e t h eh o m o p o l y m e r i z a t i o no fs l g n c a b yn d ( a c a c ) j a i e t 3 一：h 2 0w a si n t e n s i v e l y s t u d i e d t h ei n f l u e n c eo ft h ec o m p o s i t i o no ft h ec a t a l y s ta n dr e a c t i o nc o n d i t i o n so n s l g n c a p o l y m e r i z a t i o nh a sb e e nc a r e f u l l yi n v e s t i g a t e d a sar e s u l t ，t h eo p t i m u m c o n d i t i o n sw e r e ：a i n d = 6 ，5 ( w v ) i n i t i a lm o n o m e r c o n c e n t r a t i o n ，n c a n d = 10 0 ，3 0 a tw h i c hp s l gw i t hr e l a t i v e l y h i g hm o l e c u l a rw e i g h ta n dn a r r o wm o l e c u l a r w e i g h td i s t r i b u t i o n ( m w 8 0 0 0 0 ，m w m n = 1 2 ) w a so b t a i n e d t h er a t eo fs l g n c a p o l y m e r i z a t i o nw i t hn d ( a c a c ) 3 a i e t 3 1 1 - 1 2 0w a sm e a s u r e d i tw a ss h o w nt h a tt h e i n i t i a t i o nr e a c t i o na n d p r o p a g a t i o n r e a c t i o ni ns l g n c a p o l y m e r i z a t i o n w i t h n d ( a c a c ) 3 a i e t 3 jh 2 0 a r e r e l a t i v e l ys l o w , a n d t h ek i n e t i c ：丛塑：! ：堡塑堂塑幽丝塑丝型墼燮竺竺丝 e q u a t i o n s a r e 船f o l l o w s i n i t i a t i o nr e a c t i o n ： p r o p a g a t i o n r e a c t i o n ： 一l n ( 1 一y 1 = k i t ， 一l n ( 1 一y 1 = 0 9 6 + k 2 t ， k i = 8 5 4 x 10 4 ( m i n ) k 2 = 1 2 5 x 1 0 4 ( m i n ) t h em o l e c u l a rw e i g h to fp s l gi n c r e a s e ds t e a d i l yw i t hc o n v e r s i o no fs l g n c a m o n o m e r ，w h i c hs h o w st h a tt h es i d er e a c t i o n si np r o p a g a t i o nr e a c t i o no fs l g n c a p o l y m e r i z a t i o nw e r el i m i t e d t h er e l a t i o no ft h em o l e c u l a rw e i g h ta n dt h ey i e l d o f p s l gi sa sf o l l o w s ： l n ( m w ) = 9 6 5 1 0 6 6 3 i n ( 1 一y ) a c c o r d i n gt ot h em e c h a n i s mo fp r o p y l e n eo x i d ep o l y m e r i z a t i o nw i t hr a r e e a r t h c o o r d i n a t i o n c a t a l y s t sr e p o r t e d ，t h e m e c h a n i s mo fs l g n c ap o l y m e i z a t i o nw i t h n d ( a c a c ) 3 a i e t 3 h 2 0 w a sd i s c u s s e db a s e dt ot h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t sa n d s t o i c h i o m e t r i cr e a c t i o n so fc t - n c a i tw a sc o n s i d e r e dt h a t n d ( a c a c ) 3 a i e t 3 一jh 2 0 i n i t i a t e ss l g n c at h ea n i o n i cc o o r d i n a t i o n p o l y m e r i z a t i o n c o o r d i n a t i o no fa c a r b o n y lg r o u po f as l g n c am o n o m e rt ot h ec a t a l y s ta c t i v a t e st h ec a r b o n y lc a r b o n t o w a r dn u c l e o p h i l i ca t t a c ka n ds h o u l dr e s u l ti nm o n o m e ra d d i t i o nt ot h ec h a i n o nt h e o t h e rh a n d ，t h eg r o w i n g p o l y m e rc h a i n - e n dr e m a i n sb o u n d t ot h ec a t a l y s t ，c o n s e q u e n t l y i t sr e a c t i v i t yi sc o n t r o l l e da n dt h es i d er e a c t i o n si nc o n v e n t i o n a ln c a p o l y m e r i z a t i o n a r ee l i m i n a t e d s or a r ee a r t hc o o r d i n a t i o ns y s t e mi san o v e lt y p eo fe f f e c t i v ec a t a l y s t f o rt h e r i n g o p e n i n gp o l y m e r i z a t i o no f s l g n c a b i - ( 4 一a m i n o p h e n y l ) 一p o r p h y f i n ( b a p p ) a n d t e t r a 一( 4 a m i n o p h e n y l ) 一p o r p h y r i n ( t a p p ) w e r es u c c e s s f u l l ys y n t h e s i z e d ，a n dw e r ef i r s ti n v e s t i g a t e da s t h ei n i t i a t o r si n s l g n c a p o l y m e r i z a t i o n an e wt y p eo f l i n e a ra n ds t a rp s l gw i t hp o r p h y r i nc o r e w a sp r e p a r e d t h ek i n e t i c e q u a t i o no fs l g n c ap o l y m e r i z a t i o nw i t ht a p pi s a s f o l l o w s ： y = o 8 4 9 ( 1 一e 。k p t 、， k p = 2 0 2 x 1 0 3 m i n 。 t h er e s u l t so fu va n df l u o r e s c e n c ea n a l y s i si n d i c a t e dt h a tt h ep o l y m e rw i t hb a p p ( b a p p p s l g ) i sp r e s e n ta sm o n o m o l e c u l a ra n db i m o l e c u l a ra g g r e g a t i o ni nt h f a n da s m o n o m o l e c u l a ri nc h c l 3 v z z 竖! j ! 丝：j 堡查塑型! 三苎垡竺! 翌堕! 至至苎兰羔全型望! 竺! ! ! ! 堕堑! ! 兰! 丝! ：芏! ：竺! t h ec o p o l y m e r i z a t i o n so fs l g n c aa n dp r o p y l e n eo x i d ew i t hn d ( a c a c ) f l a i e t 3 h 2 0 w e r ef i r s t i n v e s t i g a t e d r a n d o ms l g p oc o p o l y m e r sw e r e o b t a i n e d u s i n g t h e p o s l g n c am i x t u r ea st h e s t a r t i n g c o m o n o m e r s t h el i n k a g ec o n t e n t si n t h e c o p o l y m e r s w e r ed e t e r m i n e d i tw a sf u r t h e rf o u n d t h a t p o l y ( p r o p y l e n eo x i d e ) p r e p a r e dw i t ht h i sc a t a l y s tc o u l di n i t i a t ea d d i t i o n a ls l g n c a t of o r mp o - s l gd i b l o c k c o p o l y m e r t h i sa p p r o a c ha f f o r d s an e ww a yf o rt h e s y n t h e s i s o fp e p t i d e b a s e d c o p o l y m e r s p o l y ( e t h y l e n eg l y c 0 1 ) sw i t ha m i n oe n d g r o u p sh a v eb e e np r e p a r e da n du s e d a s m a c r o m o l e c u l a ri n i t i a t o r sf o rt h ep o l y m e r i z a t i o no fs l g n c a c h a r a c t e r i z a t i o n sw i t h i r ，n m r ，t g ，g p c ，e t c w e r ed e t a i l e d l yp e r f o r m e d t ot h eo b t a i n e dd i b l o c kc o p o l y m e r s l g n c am o n o m e ra n dp s l ga r e o p t i c a l a c t i v e t h es o l u t i o np r o p e r t i e so f p s l gi nc h c l 3 ，c h c l 3 + c f 3 c o o ha n dc f 3 c o o hw e r ee x a m i n e dw i t h1 h o n m ra n d v i s c o m e t r y i tw a ss h o w n t h a tp s l gf o r m e dm i c e l l ei ns e l e c t i v e , s o l v e n t s t h et h r e e m o d e l si s p r o p o s e dt oe x p l a i nt h ea g g r e g a t i o ns t a t eo fp s l gi n d i f f e r e n ts o l v e n t s t h e r m o t r o p i cl i q u i dc r y s t a l l i n eo fp s l gw a sr e v e a l e db yt h ed s c m e a s u r e m e n t s t h e m e l t i n gt e m p e r a t u r et ( 1 ) o f t h ec r y s t a l l i t e sf o r m e db yt h es i d ec h a i n si sa b o u t6 0 。c t h et r a n s f o r m a t i o nt ot h el c p h a s et a k e sp l a c ea tt ( 2 ) ，t ( 2 ) i sa b o u t 5 0 。c m o n o l a y e rp r o p e r t i e so f p s l g a ta i r w a t e ri n t e r f a c eh a v eb e e ni n v e s t i g a t e d t h e a r e a p e rr e p e a t i n gu n i t ( a o ) a n dt h e s u r f a c e p r e s s u r e ( 7 c ) a r e o 3 0 0 4 5 n ma n d 4 5 5 5 n n m r e s p e c t i v e l y , w h i c hd e p e n d e n t o nt h es n u c n l r eo ft h e p o l y m e ra n d t e m p e r a t u r e t h r e ek i n d so fs t a t i ct e s to fc l o t t i n gt i m e ，p l up ta n dt t , a sw e l la st h es t a t i c p l a t e l e ta d h e s i o ne x p e r i m e n tw e r ep e r f o r m e dt op s l g t h e r e s u l t sp r o v e dt h a tp s l g i sa b l o o d c o m p a t i b i l i t y m a t e r i a l k e y w o r d s ：p o l y p e p t i d e ，p o l y ( 7 - s t e a r y l l - g l u t a m a t e ) ，r i n g o p e n i n gp o l y m e r i z a t i o n r a r ee a r t hc o o r d i n a t i o nc a t a l y s t ，a a m i n oa c i dn c a r b o x y a n h y d r i d e s v j 第一部分文献综述 第一章前言 我们在自然界中可以看到各种各样的蛋白质和活性多肽，它们具有自己特有的 生物功能。这些种类繁多的蛋白质和多肽，从化学结构上来看，主要由二十多种l 型a 一氨基酸组成，氨基酸之间由肽键( 即酰胺键) 连接。对于蛋白质来说，除去 特定的氨基酸排列顺序即级结构以外，还由于分子内的氢键、赫键、疏水键等 次级键的作用导致肽链产生盯螺旋、b 一折叠和转折等从而使蛋白质具有稳定的二 级和三级结构。此外，两条以上的肽链或弧基之间还可因这类次级键的作用产生 蛋白质的四级结构( 图1 ) 。 1 3 - s t r a n d - o r - h e l i x 1 3 - s t r a n d t e r t i a r ys t r u c t u r e 詈 蹬r h r 。 萱w 厂k “一o 户。一一弋 s e c o n d a r ys t r u c t u r e s i i i i c o l l a g e n h e l i x s e l f - a s s e m b l yo f c o l l a g e nf i b r i l s q u a t e r n a r ys u u c t u r e f i g 1 s t r u c t u r a ld e m e n t sf o u n di np r o t e i np o l y m e r s 除酶以外( 酶为可溶的球状分子) ，许多其它天然蛋白质具有纤维状结构，在 体内作为负载成分。自然进化过程中已产生了性能优于人造材料的结构蛋白质( 组 织蛋白) ，例如：哺乳动物心血系统中的弹性蛋白经历半个世纪也不失去功能；多 肢架蹼状晶体构成的蚕丝其韧性高于任何人造纤维。这些生物多肽都是复杂的共 竺! 壁壁兰：坌! 堡竺望燮笪竺避坌坌壁型! 堕型丝釜竺竺兰：! 型坚 聚物，通过精确地控制各氨基酸单体的组成和序列，得到其表观性能a 最近的研 究重点在于发展新的合成方法以制备这些天然聚合物以及全程设计多肽序列以使 产品能应用于生物工程( 人造组织，植入) ，生物矿化( 能回复的，轻量的，有序 的无机复合物) 和分析( 生物传感器和医学诊断) “1 ，如能形成可控厚度的晶体片 ( s h e e t s ) 的聚合物和表面功能性则可能会促进基于纳米活化或钝化表面处理的 涂层工业；生物表面活化功能性将用于生物传感器探头结构。 为了使这些应用获得成功，重要的是聚合物可被加工，能自动组织生成确定的 结构则更好。多肽聚合物与其它的合成聚合物相比有许多优点，因为它们能系统 地自动组织生成稳定有序的构象。1 ，这种稳定一方面是指蛋白质链的确定结构，如： 确定的分子量，单分散性，立构规整性以及分子水平的序列和组成的控制。同时 多肽链本身构象的硬度也使其具有自动组织的特性。由于氨基酸侧链上的取代基， 多肽能够具有大量构象上稳定的二级结构( 螺旋，薄层，回转) ，三级结构和四级 结构( 图i ) ”3 。构象上的剐度和精确的链结构使线型大分子变成了系统结构有序 的三维材料。 多肽的人工合成有两种类型。一种是由不同氨基酸按照一定顺序的控制合成， 另一种是由一种氨基酸或两种氨基酸聚合或共聚合。多肽合成技术的发展受到其 它领域发展的影响，并从这些发展中吸取新的技术或方法来加速自身的发展和扩 大自己的作用范围。多肽合成开始时是液相的化学合成( 目前已把它叫做经典的 方法) ，发展到6 0 年代中期出现了固相合成和自动化，这是吸取了高分子化学的 成就。从6 0 年代末到7 0 年代中期前半期，利用蛋白质和多肽的专一性降解和对 酶促反应深入研究的结果建立了蛋白质和多肽的半合成方法和酶促合成方法。7 0 年代下半期，d n a 合成和基因工程的兴起又从另一个侧面对多肽合成产生了巨大的 影响，一些蛋白质和多肽已经可以通过基因合成和基因工程的手段用细菌来生产。 近年来，多肽与蛋白质的人工合成，以及在此基础上进一步研究它们的结构与功 能的关系已经成为蛋白质化学中一个十分活跃的领域。 目前多肽的合成方法分为生物的和化学的两大类。最成功的生物技术是运用细 胞蛋白质合成法来进行聚合物分子的组装，采用这种技术生产新的、人工合成的 多肽序列，以及将人工合成的氨基酸合成到多肽中去。在化学多肽合成中的最新 - 2 - 型! 箜堕兰：垒! 咝竺鲎茎堕笪竺至i 堕堡壁墨丝! ! ! 堕竺生兰竺竺翌! ! 兰 进展包括固相和液相肽偶合反应中的新应用以及0 c 一氨基酸n - 羧基内酸酐( n c a ) 单 体聚合的进展。生物合成和化学合成中的新方法使得人们能够制备分子量可控的 顺序更加复杂的聚合物，这种聚合物比无确定分子量和序列的均聚物具有优异得 多的性质。生物法和化学法在所制成的聚合物类型上是互补的。生物合成可得到 纯的多肽，即其链具有确定的分子量和单体顺序。这类聚合物能很好地适用于其 聚合物折叠和功能基团取代需在分子水平上控制的场合( a 数量级) 。化学技术制 得的多肽其链长为统计分布( 也有分布很窄的，如符合p o i s s o n 分靠) ，链的序列 分布控制在几十至几千个单位的水平上“1 ，这类聚合物更适用于聚合物组装和功能 团范围在纳米级水平上。尽管利用基因工程的方法生产蛋白质和多肽的前景辉煌， 但这也不能完全代替多肽合成技术。因为基因工程所依赖的是生物体内的蛋白质 合成体系，因此它只能合成出由2 0 种l 一氨基酸组成的蛋白质和多肽，但利用多肽 化学合成技术则不仅能制造出由2 0 种l 一氨基酸组成的肽，还能制造出由d 一氨基 酸或其它的结构改变了的氨基酸组成的肽，这种结构上的改造，不仅对研究结构 功能的关系很有意义，还可能获得一些比原有天然物活性更高、作用更有效的多 肽衍生物。 第二章聚肽的化学合成 除了实验室复制天然结构生物大分子，合成具有自动组织性能的非天然结构多 肽对聚合物化学家来说是一个具有吸引力的挑战。以合成多肽为基础的聚合物并 不是新的物质，多肽均聚物在数十年前就已得到了，但难以制得结构确定的多肽， 仅有限地用作结构材料8 1 。新的合成方法正被用于制备具有结构确定的多肽，这些 新材料的性质正被研究以开发它们潜在的商业用途。 2 1 溶液偶合聚合 目前，形成肽键的方法基本上可分为四类，即羧基活化法、氨基活化法、四组 份合成法、酶促合成法。羧基活化法的基本原理是先将n 一保护氨基酸或肽的o 【一羧 基转化变成活化型的r c o x ，它的羰基碳原子带有较强的正电性，从而有利于n h ：r 对它进行亲核反应生成r c o n h r 。一般来说，取代基团x 的吸电子性越强，其对 羧基的活化能力也越强。常用的方法有：活化酯法“1 、碳二亚胺法( d c c 法) ”1 、 混合酸酐法。1 、迭氮物法。1 。氨基的活化主要限于某些磷酸试剂，这样既可以通过 羧基的活化来合成肽键，也可以通过氨基的活化来合成肽键”。用四组份缩合反 应来进行肽合成的方法，最先是u g i 等人建立起来的。其基本原理是由羧酸、 胺、醛和异氰首先生成不稳定的中间加成物，然后自动重排为稳定的产物，但在 多数情况下由于发生副反应而得不到理想的结果。肽键的酶促合成是指利用蛋白 水解酶的逆转反应或转肽反应来进行的肽键合成“，它是多肽化学合成的个辅 助和补充。 溶液偶合聚合技术包括逐个接长肽链法及肽段缩合来合成更大的聚合物”，一 般都是采用n 一保护氨基酸的活化酯同作为氨基组份的肽段缩合。b o d a n s z k y 等人 最先发展了活化酯逐个接长法，他将之用于催产素“3 1 和加压素“”九肽的合成，以 及促胰液激素c 端廿三肽“”，从而确定了活化酯法作为多肽合成中的一个常用方 法。迭氮物法虽是一个比较古老的方法，但由于它较少引起消旋，而且能在液相 法中用于大片段的合成，因而直到今天也仍然作为一个片段缩合的较好方法而被 普遍采用。四组份合成法已经用来合成了谷胱甘肽“、脑啡肽和胰岛素b 链的n 端片段1 。 _ k 溶液偶合聚合对制备由3 1 0 个残基肽 段重复组成的聚合物是最适用的。u r r y 采用 该技术制得了弹性蛋白的合成类似物“8 ”3 ， 这些材料由重复的( v a l p r o g l y v a l g l y ) 肽 段组成，在脯氨酸一甘氨酸两端形成i i 型d 一 反转，当转折连接在一起时，缠绕成螺旋成 为一个分子弹簧，其形成的物质可伸展至原 构象静止长度的3 0 0 ( 图2 ) 。 2 2 固相合成 r i b b o ns t r u c t u r eo f e l a s t l om o d e l p o l y ( v p g v g ) 在液相肽合成中，每次接肽以后都需要对产物分离纯化或结晶以便除去未反应 的原料和副产物。这个步骤相当费时费力，因操作带来的损失往往很大。为了减 少这个麻烦并期望能够使接肽反应自动化，m e r r i f i e l d ”于1 9 6 3 年发展成功了固 相肽合成方法，他用这个方法获得了结晶的l e u a l a g l y v a l 四肽。几乎与此同时， l e t s i n g e r 和k o r n e t 也用固相载体经不同的化学途径合成了l e u g l y ”“。经过对这 个方法的不断改进和完善，使之到今天已经成为多肽和蛋白质合成中的一个常用 技术恤1 。 固相合成的主要设计思想是：先将所要合成肽链的羧末端的氨基酸的羧基以共 价键的结构同一个不溶性的高分子载体相连，然后脱去此氨基酸的氨基保护基， 并与过量的活化羧基组分反应向氨端接长肽链。这样的步骤可以重复地多次进行 下去，即缩合专洗涤斗去保护哼中和和洗涤专下一轮缩合，最后达到所需要合成 的肽链长度( 流程1 ) 。“。此方法有利于采用过量的活化羧基组分以促使缩合反应 接近于完全，而过量的羧基组分则又由于其存在于溶液之中，可以通过过滤和洗 涤的方法很容易地除去。但另一方面，由于只有存在于溶液中的反应物和副产物 可以过滤去除，而固定在固相载体上的原料和产物则不能分离纯化，因此，它对 合成反应的要求很高。它不仅要求反应快，而且更重要的是要求能得到定量的连 接产率并且不对固定在载体上的肽链发生副反应。另外，为了便于固相反应时进 行搅拌或振荡，不能选用很高的反应物浓度，因而反应速度也会受到影响。到目 前为止，实际上只有少数的几种缩合方法能适用于固相合成“。 5 - 0 i 一。人r 州： 夕r 。 p o l y m e r i c s u p p o r t i 一。弋葑# 斟， h h n r v a g cf r o ms u p p o a l f r e ep e p t i d c s c h e m ei s o l i d - p h a s ep e p t l d es y n t h e s i s f m o c 2 f l u o r e n y l m e t h o x y e a r b o n y d d c 2 d i c y c l o h e x y l c a r b o d i m i d e d c u = d i c y c l o h e x y l u r e a 6 h n 虻 妒 沁 m 、o 垤 衙 + 一擎 删。 ”劫m 以 ui h 、t h n 。 型! 生! 坚：鱼兰鲨型鳖塑丝塑至堕堑塑塑3 丝堕型坐型兰竺丝 由m e r r i f i e l d 开创的逐个接长肽链的固相合成法已经取得了卓越的成效。但 是由于各种内缺失肽和其它副产物的存在，使得合成的最后产物很难纯化，特别 是在合成大肽或蛋白质的时候，这个问题就更突出。此外，合成的肽越长，经过 的缩合循环也越多，最后产物的产率也越低。为了解决这个问题，人们将逐个接 长的固相合成发展成为固相片段缩合，即在固相上进行缩合时，每次接长一个肽 段。这样做减少了缩合循环的次数，可以提高最后产物的产率。而每一个反应的 片段可以用液相合成或固相合成获得后先经过纯化得到纯品，这样，固相合成i f l 的副产物也就相应地要减少很多，而且所产生的各种内缺失肽的理化性质也和所 需要产物的性质有较大的差别，因而最后产物易于分离纯化。我国科学工作者采 用这一方法于1 9 7 5 年完成了胰高血糖素的全合成。“。 除了将肽链的羧末端氨基酸固定在载体上以外，也可以通过氨基酸的侧链功能 团固定在载体上“，这种侧链固定方法虽有一定的局限性，但也有它的一些优点。 由于是侧链固定在载体上，因此可以由氨基伸长肽链，也可由羧基伸长肽链。另 外，由于侧链基团的多样化，载体上的固定基团也可以多样化，肽链从载体上的 切落也可以选择一些更为温和的专一性的切落反应。我国科学家钮经义等。“将谷 氨酸的侧链羧基固定在树脂上，成功合成了胰岛素原c 肽。 化学周相合成技术对合成较短的肽来说是一种简单而快速的方法，而且还能容 易地将d 型氨基酸加入到肽链中。g h a d i r i 研究小组采用这一技术进行了纳米材料 的合成“1 ，他们用固相合成技术将d 一氨基酸和l 一氨基酸交替接到肽链上，合成 8 3 6 个残基的肽链，然后从载体上切落，使之成环形成小的肽环。交替的立构顺 序使得环间形成氢键，构成同源6 一薄层，组装成管状结构( 图3 ) ，短杆菌肽一a 即 为这类结构的蛋白质”“。这种肽纳米管能结晶成高度规则的棒状结构，其直径由 肽环的残基数决定( 约7 一1 2 a ) 。