專利名稱：一種基于小分子肽的膽甾型有機凝膠分子及其制備方法
技術領域：
本發明屬于超分子化學技術領域，具體涉及一種基于小分子肽的膽留型有機凝膠 分子及其制備方法，該膽留型有機凝膠分子能夠在有機溶劑中形成凝膠，且形成的凝膠具 有熱穩定性及水穩定性，并且可以對超聲作出響應。
背景技術：
有機凝膠(Organogel)是通過凝膠因子之間的超分子作用力例如氫鍵、靜電、疏 水作用等形成了獨特的網絡狀結構，從而可以限制溶劑的流動。這種有機凝膠可以對酸、 堿、光、聲等環境刺激因素做出響應，因此有機凝膠在記憶材料、生物標記以及藥物傳載及 釋放等方面具有廣泛應用前景。此外，有機凝膠一般都具有比較規整的微納米結構，可以為 我們設計納米尺寸器件和新材料提供分子模型和理論依據。因此，設計合成新型的具有環 境刺激響應性的有機小分子凝膠引起科研工作者的廣泛關注。目前的凝膠都是通過溶膠_凝膠的方法來制備，該方法制得的凝膠往往溶膠_凝 膠轉變溫度較低( <溶劑的沸點)，不具有較高的熱穩定性，這種缺點會限制這些凝膠的進 一步應用。本發明發展了一種不經過溶液態而制得新型凝膠的方法，該方法通過對傳統的 溶膠_凝膠法制得的有機凝膠進行超聲，得到了一種新型的性能更為優異的凝膠。該方法 與溶膠_凝膠法相比，時間短，條件溫和，不需要加熱，常溫下即可制得，所得凝膠具有高熱 穩定性和水穩定性的特點。
發明內容
本發明的目的在于提供一種新型的具有高熱穩定性和水穩定性有機凝膠及其制 備方法。本發明提供兩類膽留型的有機凝膠化合物。該類化合物的結構特征是以膽留為母 體，萘酐為發色團，小肽作為中間連接部分形成分子間氫鍵，促進凝膠形成。其結構式為 分子通式為[6-0(CH2) 4N-C12N02-R- (NHCO) - (CH2) n-NHC00_ (C27H43)]；式中R= -CHCH3-COnH- (CH2)m-或-(CH2)m_ (NHCO) -CHCH3-,其中 n，m 為 1 至 6 的
自然數。本發明中，上述化合物的制備方法如下先將含有嗎啉功能團的萘酐與氨基酸或 二胺化合物在水或乙醇中加熱回流得到萘酐的氨基酸或胺類衍生物，再與連接小肽和胺基的膽留進一步反應獲得目標化合物，合成方法簡單。分子中的酰胺很容易與聚集體中的分 子形成氫鍵；其中萘酐是良好的發光團，可以實現溶液或者凝膠狀態下的光誘導響應；連 接萘酐和膽留的酰胺或中間不同長度的碳鏈不僅控制了凝膠對外界刺激的敏感程度而且 增強了該化合物在有機溶劑中的相互作用。此外，這類化合物在有機溶劑中可以形成不同 形狀的納微米結構。下面從幾個方面具體描述本發明的技術效果。1.凝膠化合物(凝膠因子)的凝膠性能。該類化合物能在近10種有機溶劑中形成良好的凝膠。本發明中涉及的凝膠化合 物可以有兩種形成凝膠的方法1)室溫下一定濃度(此處以25毫克/毫升為例)的凝膠 化合物溶液在超聲波作用下形成凝膠。2) —定濃度(25毫克/毫升)的凝膠化合物在有機 溶劑中加熱至溶解狀態(120°C)，冷卻至室溫后形成凝膠。根據實驗測試，該類化合物在濃 度為15 30毫克/毫升的情況下在表1所列大部分溶劑中均可成膠。這兩種凝膠都是熱 力學可逆的，加熱后變成可流動的溶膠。其中由方法1獲得的溶膠冷卻后仍為溶膠，超聲變 為凝膠；而由方法2獲得的溶膠冷卻后直接可逆變為凝膠。具體凝膠性能見表1。表1 凝膠的性能[a] a 化合物 A :R = -CHCH3-C0NH-(CH2)m-，m = 6，n = 2 ；化合物 B :_(CH2) m-(NHC0)-CHCH3-,m = 6,n = 2 ；A或B在溶劑中加熱至溶解，然后冷卻，等待半小時，即形成 凝膠(25mg/mL)。2.化合物(R = -CHCH3-C0NH-(CH2)m-，m = 6，n = 2)在溶液態和凝膠態的熒光行 為。化合物在乙腈(10_4M)中最大發射峰在551nm，在乙腈中形成的沉淀(25mg/mL)的 最大發射峰在541nm，其超聲后形成的凝膠最大發射峰在531nm，相對于溶液態，表現出了較大的藍移。3.化合物 A(R = -CHCH3-CONH-(CH2)m-, m = 6，n = 2)和 B(R = -(CH2) m-(NHC0)-CHCH3-，m = 6，n = 2)凝膠的掃描電鏡圖。A化合物在乙腈中的沉淀是一種不規則的囊泡，在小于70度的條件下超聲后都可 以形成不透明的凝膠，超聲后的凝膠結構在SEM下是一種致密的高度螺旋的3D纖維，具有 很高的熱穩定性。A化合物在非極性溶劑甲苯能形成穩定的透明凝膠。通過溶膠-凝膠過程 得到的納米級的纖維堆積成了一種捆狀結構，超聲后這種結構可以被編織成六邊形結構。B在乙腈中形成了一種獨特的核殼結構，是一種扭曲螺旋的纖維包裹微米球的結 構，這種凝膠具有高度的熱穩定性。這種結構經過超聲后可以把作為核的球釋放出來，并進 一步自組裝成高度螺旋的纖維。B化合物在非極性溶劑甲苯中能形成很穩定的透明凝膠，是 一種很長的寬度在lOOnm左右的纖維。超聲后該纖維可以被切割成寬度在20-40nm的纖維。 凝膠化合物的掃描電鏡說明了凝膠分子在形成凝膠的過程中采取二維層狀的堆積方式。
4.凝膠的熱穩定性和水穩定性測試在乙腈中凝膠和超聲后得到的凝膠的溶膠_凝膠轉變溫度均> 100度，這個溫度 遠大于乙腈的沸點，所以說這些凝膠具有較高的熱穩定性；當在凝膠界面上加入水后，其界 面保持至少2周而不會破壞，說明在乙腈中形成的凝膠具有很高的水穩定性。
圖1 凝膠化合物(R = -CHCH3-C0NH-(CH2)m-，m = 6, n = 2)在乙腈中的溶液態 (10_4M)和凝膠態(25mg/L)的熒光光譜。圖2 :化合物(R = -(CH2)m-(NHC0)-CHCH3-，m = 6,n = 2)在乙腈中形成凝膠的掃 描電鏡圖。圖3 化合物(R = -(CH2)m-(NHC0)-CHCH3-，m = 6,n = 2)在乙腈中形成凝膠的透 射電鏡圖。圖4 :化合物(R = -(CH2)m-(NHC0)-CHCH3-，m = 6,n = 2)在乙腈中形成的凝膠超 聲之后得到的新凝膠的掃描電鏡圖。
具體實施例方式下面進一步說明凝膠化合物的制備方法。下述所有原料可以是自制或市售。實施例1凝膠因子A(R = -CHCH3-C0NH-(CH2)m-，m = 6, n = 2)的合成及凝膠制備。
N- (R) -2-丙酸-4-嗎啉基-1，8_萘酐⑵的制備(I)L-丙氨酸(251. 2mg，2. 82mmol)和 Na0H(113mg，2. 83mmol)的乙醇溶液在 40°C 下攪拌20分鐘，然后加入4-嗎啉-1，8-萘酰亞胺(800mg，2. 82mmol)，N2保護下加熱回流 24小時，反應產物濃縮除去乙醇，用稀鹽酸調至pH = 6-7，粗產物經柱層析提純得到純品， 產率(469mg,47% )。熔點:148-150°C ·1H NMR (400MHz, CDCl3) δ 1· 68-1. 69 (d，3Η，J = 7. 2Hz)，3· 26-3. 28 (t，4H，J = 4. 4Hz)，4. 01-4. 04(t，4H，J = 4. 4Hz)，5. 78-5. 83 (m，1H)，7. 23-7. 25 (d，1H，J = 8Hz)，
7.69-7. 73 (t, 1H, J = 8Hz)，8. 43-8. 45 (d，1H，J = 8Hz)，8. 53-8. 55 (d，1H，J = 8Hz)，
8.58-8. 60 (d, 1H, J = 6. 4Hz). 13C (100MHz, CDCl3) δ 14. 59,48. 76,53. 45,66. 92，115. 07， 116. 80，123. 01，125. 92，126. 15，130. 07，130. 46，131. 66，133. 04，155. 92，163. 17，163. 67， 175. 28 ；MS (ESI)calcd for C19H18N2O5 :354. 12 ；Found :354. 9.(2)N-氨基丙酸甲脂-膽甾(3)的制備3-氨基丙酸甲脂的鹽酸鹽(822mg，5.91mmol)，10mL三乙胺的二氯甲烷溶液攪拌 半小時，然后加入膽留酰氯(2.6g，5.91mmol)，繼續攪拌過夜，產物經柱層析提純得到純品 (1. 36g，產率 45% )。熔點106-108°C .1H NMR(400MHz，CDCl3) δ 0. 68 (s，3H)，0. 85-0. 86 (d，J = 1. 6Hz, 3H),
0.87-0. 88 (d, J = 1· 6Ηζ，3Η)，0· 91-0. 92(d，J = 6· 4Hz，3Η)，0· 92—1. 61 (m，23Η)，
1.78-2. 0(m，5H)，2. 23-2. 4(m，2H)，2. 5-2. 6(t，J = 11. 6Hz，2Η)，3. 42-3. 46 (m，J = 6Hz, 2Η)，3· 70(s，3H)，4· 46-4. 50 (m, 1Η)，5· 0(s，1Η)，5. 36-5. 38 (t, J = 2. 4Hz, 1Η). 13C (100MHz, CDCl3) δ 11. 87，18. 73，19. 33,21. 06,22. 57,22. 82,23. 85,24. 30,28. 02,28. 16,28. 24， 31. 90,31. 92,34. 37,35. 81,36. 20,36. 37,36. 58,37. 00,38. 55,39. 54,39. 76,42. 33， 50. 04，51. 78，56. 16，56. 72，74. 45，122. 50，139. 85，156. 03，172. 85 ；MALDI-T0F-MS calcd for C32H53NO4 :515. 4. Found :538· 4[M+Na+] ·(3)4 的制備將上步產物3 (400mg, 0. 80mmol)溶于2mL CH2Cl2和IOmL CH3OH中，然后逐滴加入到己二胺(818mg，7.05mmol)的甲醇溶液中，室溫攪拌7天，產物濃縮，經柱層析得到純品 (230mg, yield 40% )。熔點216_218°C。匪R(CDC13) 8 0. 67(s，3H)，0. 85-0. 86 (d, J = 1. 6Hz，3H)，0. 87 (d, J = 1. 2Hz, 3H)，0. 90-0. 92 (d, J = 6. 4Hz,3H)，0. 95-2. 02 (m, 39H)，2. 22-2. 41 (m, 4H)，3. 23-3. 27 (q, 2H), 3. 42-3. 47(q，2H)，4. 44-4. 49 (m, 1H)，5. 35-5. 39 (m, 1H). 13C (CDC13) 8 11. 88，18. 73， 19. 36，21. 06，22. 59，22. 85，23. 87，24. 30，25. 73，28. 03，28. 18，28. 25，29. 28，29. 72， 31. 88,31. 92，35. 82,36. 20,36. 28,36. 58,37. 00,38. 60,38. 85,39. 53,39. 75,42. 33， 50. 02，56. 16，56. 71，74. 41，122. 50，139. 87，156. 43，171. 40.(4)目標產物A的制備將上一步產物4(391mg，0. 67mmol)，N_(R)_2_丙酸-4-嗎啉基-1，8_萘酰亞胺 (391mg，0. 67mmol)，DCC (274mg，2mmol)，禾口 HOBt (134mg, 2mmol)的二氯甲烷溶液攪拌 24 小 時，產物濃縮，經柱層析得到純品(313mg, Yield 50% ) 0熔點185_187°C。NMR(CDC13) 6 0. 68 (s, 3H), 0. 86-0. 87 (d, 3H, J = 1. 6Hz) ,0. 88(d,3H, J = 1. 6Hz)，0. 91-0. 93(d，3H，J = 6. 4Hz)，0. 99-2. 34 (m, 42H), 3. 18-3. 22 (m，2H)，3. 28-3. 30 (t, 4H, J = 4. 4Hz)，3. 31-3. 37(m，4H)，4. 02-4. 04(t，4H，J = 4. 8Hz)，4. 41-4. 49 (m，1H)，
5.35-5. 36 (m, 1H)，5. 71-5. 76 (m, 1H)，5. 94 (s, 1H)，6. 30-6. 33 (m, 1H)，7. 24-7. 26 (d, 1H, J =8. 4Hz)，7. 70-7. 74 (t, 1H, J = 8Hz)，8. 44-8. 46 (d, 1H, J = 8. 4Hz)，8. 52-8. 54 (d, 1H, J =8Hz) ,8. 57-8. 59 (d, 1H, J = 7. 2Hz). 13C (CDC13) 8 11. 87,14. 57,18. 45,18. 73,19. 34, 21. 05，22. 58，22. 83，23. 85，24. 30，25. 16，25. 38，28. 02，28. 17，28. 24，29. 05，29. 36， 29. 71，31. 88，31. 92，35. 81，35. 87，36. 20，36. 57，37. 00，37. 05，38. 44，38. 59，38. 84， 39. 53，39. 76，42. 33，50. 03，50. 18，53. 44，56. 16，56. 71，66. 95，74. 25，115. 03，116. 86， 125. 92，126. 09，130. 04，130. 47，131. 53，132. 95，139. 91，156. 00，163. 62，164. 11，170. 24， 171. 39. MALDI-TOF-MS calcd for C56H81N507 :935. 61. Found :958. 7 (M+Na+). Anal. Calcd for :C56H81N507 2Me2C0 :C 70. 55%, H 9. 17%, N,6. 64% ；Found :C 70. 57%, H 9. 03%, N,
6.83% .實施例2凝膠因子B (R = - (CH2)m- (NHC0) _CHCH3_，m = 6, n = 2)的合成及凝膠制備 (1)N-氨基丙酸膽甾(5)的制備3-氨基丙酸(lg，2mmol)，水合氫氧化鋰((2. 5g，60mmol)放入25mL水和2mL四氫 呋喃的混合溶劑中，室溫攪拌48小時。產物濃縮，用鹽酸調pH = 2-3，得到白色固體(0. 6g， yield 62% ) 熔點112_114°C。NMR(CDC13) 6 0. 68(s,3H) ,0. 85-0. 86 (d, J = 2Hz,3H) ,0. 87-0. 88 (d, 3H, J = 4. 6Hz) ,0. 91-0. 92 (d, J = 9. 6Hz，3H)，0. 95-1. 61 (m，24H)，1. 81-2. 02 (m，5H)， 2. 20-2. 61 (m，4H)，3. 45-3. 46(m，2H)，4. 80-4. 53 (m, 1H)，5. 37-5. 38 (m, 1H). 13C (CDC13) 8 8. 68,11. 87，18. 73，19. 34,21. 05,22. 57,22. 83,23. 84,24. 30,28. 03,28. 20,31. 90， 34. 36，35. 81，36. 20，36. 57，37. 00，38. 55，39. 53，39. 75，42. 33，45. 89，50. 03，51. 80， 56. 15，56. 71，74. 46,122. 51,139. 84,156. 04,172. 89. MALDI-TOF-MS calcd for C31H51N04 501. 38. Found :522. 7 (M+Na+).(2) N- ((R) -2-丙酸基-氨基甲酰基-己基)_氨基甲酸-叔丁基_4_嗎啉基_1， 8_萘酐(7)的制備:N-(6-氨基己基)-4-嗎啉基-1，8-萘酐(500mg，1.31mmOl)，BOC-L-丙 氨酸(248mg, 1. 31mmol), DCC (538. 4mg，3. 93mol)，HOBt (265. 3mg,3. 93mmol)的 二氯甲 烷溶液室溫攪拌24小時，產物經濃縮，柱層析的到純品(521mg，yield :72%)。熔點 134-136°C。NMR(CDC13) 6 1. 36-1. 37 (d, 3H) , 1. 40-1. 42 (m, 2H) , 1. 44 (s , 9H), 1. 49-1. 54 (m, 2H)，1. 72-1. 78 (m, 4H)，3. 10-3. 11 (m, 2H)，3. 26-3. 29 (t, 4H, J = 4. 4Hz)， 4. 02-4. 04 (t,4H, J = 4. 4Hz)，4. 15-4. 18 (t, 2H, J = 7. 6Hz)，5. 08-5. 12 (m, 1H)， 7. 24-7. 26 (d, 1H, J = 8Hz)，7. 69-7. 73 (q, 1H)，8. 43-8. 45 (d, 1H, J = 8. 4Hz)，8. 53-8. 55 (d, 1H, J = 8Hz) ,8. 59-8. 60 (d, 1H, J = 7. 2Hz). 13C (CDC13) 8 18. 55,26. 19,26. 40,27. 81, 28. 35,29. 20,39. 25,39. 92,53. 47,66. 98, 115. 02, 117. 21, 123. 34，125. 89，126. 16，129. 89，130. 07，131. 22，132. 57，155. 61, 164. 03，164. 48，172. 58. MS (ESI)calcd for C19H18N205 354. 12 ；Found :354. 9.(3)目標產物B的制備三氟乙酸(TFA，4.3mL)加入到上一步產物 7 (300mg，0，65mmol)的 CH2C12 (5mL)溶 液中，室溫攪拌過夜。濃縮后的產物加入20mL干燥的二氯甲烷并用三乙胺調至pH = 7-8， 然后加入 DCC(267. 2mg, 1. 95mmol)，HOBt (131. 6mg, 1. 95mmol)和 N_ 氨基丙酸膽甾，反應液 繼續攪拌24小時，反應產物經濃縮，柱層析得到黃色純品。熔點158-160°C。NMR(CDC13) 6 0. 77(s，3H)，0. 96(d，3H，J= 1. 6Hz) ,0. 97-0. 98(d, J= 1. 6Hz)， 1. 04-2. 15 (m, 42H)，2. 31-2. 46 (m, 2H)，2. 55-2. 57 (t, 2H, J = 5. 6Hz)，3. 30-3. 32 (m, 2H)，3. 37-3. 39(t，4H，J = 4. 4Hz)，3. 55-3. 60 (m，2H)，4. 12-4. 14 (t，4H，J = 4. 4Hz)， 4. 25-4. 29(t，2H，J = 7. 6Hz) ,4. 54-4. 61 (m, 1H) ,5. 45-5. 46 (m, 1H) ,6. 44(s, 1H)， 6. 53-6. 55 (m, 1H)，7. 34-7. 36 (d, 2H, J = 8Hz)，7. 80-7. 84 (t, 1H, J = 7. 6Hz)，8. 53-8. 55 (d, 1H, J = 8. 4Hz) ,8. 63-8. 65 (1H, J = 8Hz)，8. 69-8. 70 (d，1H，J = 7. 2Hz) ；13C(CDC13) 8 11. 86，18. 55，18. 72，19. 32,21. 04,22. 57,22. 82,23. 85,24. 28,26. 10,26. 31,27. 79， 28. 01，28. 16，28. 23，29. 04，31. 87，31. 89，35. 80，36. 20，36. 55，37. 00，38. 56，39. 31， 39. 53，39. 74，39. 91，42. 31，48. 89，50. 01，53. 47，56. 16，56. 69，67. 00，74. 41，115. 01， 117. 12，122. 48，123. 30，125. 89，126. 15，129. 89，130. 13，131. 24，132. 61，139. 81，155. 70， 156. 31，164. 06，164. 51，172. 14. MALDI-TOF-MS calcd for C56H81N507 :935. 61, Found 958. 8 (M+Na.)
權利要求
一種基于小分子肽的膽甾型有機凝膠分子，其特征在于萘酐為發色團和芳香體系，膽甾為疏水基團，小肽作為兩者中間的連接體，其具體結構如下分子通式為[6-O(CH2)4N-C12NO2-R-(NHCO)-(CH2)n-NHCOO-(C27H43)]；式中R＝-CHCH3-CONH-(CH2)m-或-(CH2)m-(NHCO)-CHCH3-，n、m取1至6的自然數。dest_path_FSB00000229655800011.tif
2.一種如權利要求1所述的基于小分子肽的膽留型有機凝膠分子的制備方法，其特征 在于先將含有嗎啉功能團的萘酐與氨基酸或二胺化合物在水或乙醇中加熱回流得到萘酐 的氨基酸或胺類衍生物，再與連接小肽和胺基的膽留進一步反應獲得目標化合物。
3.—種如權利要求1所述的基于小分子肽的膽留型有機凝膠分子在制備有機凝膠中 的應用，其特征在于所述凝膠分子既能(1)在有機溶劑中加熱至溶解狀態，冷卻至室溫后形成凝膠；又能(2)在室溫溶解于有機溶劑的情況下通過超聲，形成凝膠；并且(3)在狀態(1)完成的情況下對已經形成的凝膠進行超聲，形成新的凝膠。
4.根據權利要求3所述的膽留類有機凝膠分子在制備凝膠中的應用，其特征在于所述 有機溶劑為甲醇、乙醇、丁醇、戊醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、二甲苯和苯。
5.根據權利要求3所述的膽留類有機凝膠分子在制備凝膠中的應用，其特征在于所述 有機凝膠分子的凝膠濃度為15 30毫克/毫升。
全文摘要
本發明屬于超分子化學技術領域，具體涉及一種基于小分子肽的膽甾型有機凝膠分子及其制備方法，該膽甾型有機凝膠分子能夠在有機溶劑中形成凝膠，且形成的凝膠具有熱穩定性及水穩定性，并且可以對超聲作出響應，實現由超聲誘導的凝膠到凝膠的轉變。該有機凝膠分子分為三部分1)萘酐部分作為發光團；2)中間的小肽作為形成分子間氫鍵的功能團；3)具有生物相容性的甾體部分作為凝膠因子及疏水基團。通過溶膠-凝膠過程，這類分子能在乙腈，乙醇，苯，甲苯，丙酮等近10種有機溶劑中形成良好的凝膠，呈現出核殼、實心球、缺陷球、納米纖維、微米纖維等豐富的微納米級的宏觀形貌，且形貌規整，重復性好。該類有機熒光凝膠在納米材料制備、藥物載體與運輸、生物標記等方面具有一定的應用價值。
文檔編號C07J9/00GK101875683SQ201010179338
公開日2010年11月3日 申請日期2010年5月20日 優先權日2010年5月20日
發明者余旭東, 蘭海闖, 劉斌, 吳君臣, 易濤, 曹新華 申請人:復旦大學