專利名稱：氨基酸縮聚物及其水解產物的制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及氨基酸縮聚物或其生物可降解多肽水解產物的制備方法，即在少量磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸存在下通過氨基酸在粉末介質中的熱縮聚制備，隨后也可以進行水解。
已知在磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸存在下通過天冬氨酸的熱縮聚制備聚脫水天冬氨酸。
已提出為了獲得限定摩爾質量的聚琥珀酰亞胺應在常壓下操作，而要獲得高摩爾質量的聚琥珀酰亞胺則應在更低的壓力下操作。
S.W.Fox和K.Harada(A Laboratory Manual of AnalyticalMethods of Protein Chemistry，Including Polypeptides—Pergamon Press，Elmsford，N.Y.—1996—P.129)指出在常壓及H3PO4存在下獲得最佳產率的條件是溫度為180℃，H3PO4/天冬氨酸摩爾比為3/4；在天冬氨酸/谷氨酸混合物的摩爾比為2∶1的情況下，獲得最佳效果的條件是H3PO4/(天冬氨酸＋谷氨酸)的摩爾比為2/3。
S.W.Fox和K.Harada在US—A—3,052,655中還提出，在常壓及150—210℃下在等摩爾的H3PO4存在下進行天冬氨酸/谷氨酸混合物的縮聚反應。
專利申請FR—A—2,059,475討論了在減壓及170—200℃下天冬氨酸在薄層中進行的縮聚反應，其中H3PO4的用量滿足85％H3PO4/天冬氨酸的重量比為0.5。
P.N eri、G.Antoni、F.Benvenuti、F、Cocala和G.Gazzei(Journal of Medicinal Chemistry，1973，Vol.16，No.8)研究了在180℃及減壓條件下在薄層中進行縮聚反應生產聚琥珀酰亞胺的過程中，H3PO4/天冬氨酸摩爾比對所得聚琥珀酰亞胺粘度的影響，測試所用的H3PO4/天冬氨酸摩爾比從0.4/1到2/1。
專利申請DD—A—262,665討論了在160—200℃及減壓條件下、在多聚磷酸存在下的天冬氨酸的縮聚反應，其中多聚磷酸/天冬氨酸之比為1/3到2/1。
FR—A—2,665,166中已提出，為了制得高分子量的聚琥珀酰亞胺，在100—250℃及減壓條件下、在磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸存在下，進行天冬氨酸的縮聚反應，其中磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸/天冬氨酸之比為0.1/1到2/1，優選0.3/1到1/1。其操作分兩步，第一步是制備分子量為10,000～100,000的聚琥珀酰亞胺，第二步是機械破碎堅硬致密的反應介質，并且繼續進行縮聚反應。
所有這些方法都存在一些缺陷，即需要使用大量的磷酸或多磷酸(隨后需被除去)；反應介質需要通過多少帶粘性的物相，因而產生大量泡沫(這些泡沫需消去)；其后在縮聚反應后期介質產生固化(最后必須粉碎)。這些過程在工業上是難以實現的。
本申請人已發明一種方法，該方法中使用的磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸可有益地低于40mol％，且不產生泡沫，反應介質也不會固化。
本發明方法是制備氨基酸縮聚物及其多肽水解產物的方法，即在作為縮聚催化劑的磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸的存在下，使氨基酸進行熱縮聚反應來制備，隨后也可以進行水解，該方法的特征在于縮聚反應在粉末介質中進行，相對于每摩爾氨基酸，該粉末介質中含有0.005～0.25mol、優選0.01～0.18mol均勻分散在該粉末介質中的催化劑。
在定義一摩爾催化劑時，在使用磷酸的情況下以分子為基本單位，在使用五氧化二磷及多聚磷酸的情況下以P原子為基本單位(一個P原子相當于一分子的磷酸)。
在定義一摩爾氨基酸時，所用的基本單位應為分子。
在本發明方法可使用的氨基酸中，可提及的是天冬氨酸或谷氨酸，它們可以單獨使用或兩者以任意比混合使用，或與另一種氨基酸(如15wt％、優選小于5wt％的甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、組氨酸、脯氨酸、賴氨酸、絲氨酸、色氨酸、半胱氨酸等)混合使用。優選的氨基酸是天冬氨酸。
熱縮聚操作可以在150—220℃、優選180—220℃下進行。所述操作可以在選定溫度下或預置溫度程序下進行。
該熱縮聚操作也可在減壓(優選1毫巴以上)、常壓或加壓(如20巴)下進行，這取決于產物所需的摩爾質量。
任何能引入上述含量的催化劑，形成催化劑均勻分散于其中的粉狀混合物的方法都適用。
在本發明可能的實施例中，可提及的是那些實施例，即其中進行縮聚反應且內含均勻分布的催化劑的粉狀反應介質是通過以下方法制得
—將氨基酸和磷酸或多聚磷酸的混合物與水形成糊膏，在常壓、優選在減壓條件下蒸發其中的水份，然后粉碎所得物；—將氨基酸和磷酸或多聚磷酸溶于水、優選熱水中，隨后將該溶液進行噴淋；—將氨基酸在磷酸或多聚磷酸水溶液中形成的懸浮液進行噴淋；—在氨基酸流化床上蒸發磷酸或多聚磷酸水溶液；—也可以將五氧化二磷和氨基酸一起碾碎或微粉化。
特別有利的方法為用磷酸或多聚磷酸作催化劑，將磷酸或多聚磷酸引入到氨基酸中，加入一定量的水使混合物均質化形成均相糊膏狀介質(優選每1份重氨基酸使用0.4～1份重的水)，常壓、優選減壓(通常低于10,000Pa)條件下干燥除去混合物中多余的水份，碾碎生成物，得到粉狀介質，然后進行縮聚反應。
“多余水份”應理解為在干燥溫度及壓力下與磷酸或多聚磷酸不平衡的那部分水份。
如果需要，可以分離、過濾、純化和干燥根據本發明獲得的聚酰亞胺。
如果需要，可以將催化劑從聚酰亞胺中分離出來，即用水或其它可溶解催化劑而不溶解聚酰亞胺的溶劑對混合物進行清洗。
純化聚酰亞胺的方法可以是將其溶于極性非質子溶劑(二甲基甲酰胺、甲酰胺、二甲基亞砜等)，然后加入該聚酰亞胺的非溶劑化合物(水、醚、乙醇、丙酮等)使聚酰亞胺再沉淀。
所得的聚酰亞胺(無論有沒有經過分離的)可以再進行水解，優選在水存在下加入堿性物(堿金屬或堿土金屬堿、堿金屬或堿土金屬碳酸鹽等)，如果需要，在均相或兩相介質中進行水解；對于從天冬氨酸制得的聚琥珀酰亞胺，這樣得到的水解產物中包含聚天冬氨酸鹽(如聚天冬氨酸鈉)。
例如，可以通過加有機或無機酸(尤其是HCl)中和上述堿解過程所得的堿性鹽，獲得酸形式的水解產物；對于從天冬氨酸制得的聚琥珀酰亞胺，這樣獲得的水解產物包含聚天冬氨酸。
根據本發明，“水解產物”是指形成的聚酰亞胺部分或全部水解(通過水的作用)生成的產物；通過打開酰亞胺環，這種水解作用一方面生成了酰胺官能團，另一方面生成了羧酸官能基或羧酸鹽。
根據本發明方法制備的產物尤其適于作生物可降解的多肽活性劑或活性助劑，其作用是提高洗滌劑組合物(織物洗滌劑、餐具洗滌劑或其它家用洗滌劑產品)中表面活性劑性能(活性劑或活性助劑被認為是一種“洗劑”或“助洗劑”)。
本發明用以下實施例來說明。
以下實施例中的粘度指數(IV)是用SCHOTTAVS 350毛細管粘度計來測定，所用試樣是—將一定量的聚琥珀酰亞胺(PSI)溶解于0.5N的氫氧化鈉中，得到25℃下濃度為0.002g/ml的溶液(粘度指數VI1)，—或者將一定量的聚琥珀酰亞胺(PSI)溶于二甲基甲酰胺中，得到25℃下濃度為0.005g/ml的溶液(粘度指數VI2)。
這些實施例中的水解產物的生物降解能力是按照AFNOR標準T90—312(依照1984年10月15日頒布的國際標準ISO 7827)來測定的。
使用以下材料完成測試—培養液，通過過濾從Saint Germain au Mont d’Or(Rhone)城市水凈化廠的原料水而獲得，原樣或放置一段時間后使用，—實驗培養基，含4×105細菌/ml，—一定量待測試的產品，使實驗培養基中含40ml/g的有機碳。
在釋放到河水中的條件下，測定不同時間后的生物可降解度。
這種測量方法中，測試的樣品是通過水解聚琥珀酰亞胺的氫氧化鈉稀溶液獲得，水解過程直至產生約6％的聚天冬氨酸鈉溶液，其PH值為9～11。
生物可降解能力的水平用下列2個參數來表征·最高生物降解速率(MRB)，·從最高生物降解速率的10％的速率到最大生物降解速率的90％的速率需經歷的時間(t10—90)。根據HUNTER L.a.b方法測定顏色聚琥珀酰亞胺粉末及其水解產物的顏色用ACS SPECTRO—SENSORII光譜色度儀來測定。—測試條件·光源D65·觀察角2°測量的三個值是·L發光度，范圍從0(黑色)到100(白色)·a顏色，紅色(正值)/綠色(負值)·b顏色，黃色(b為正值)/蘭色(b為負值)這三個值是根據下式由測量值計算而得L＝100(Y/Yo)1/2，a＝Ka(X/Xo—Y/Yo)/(Y/Yo)1/2，b＝Kb(Y/Yo—Z/Zo)/(Y/Yo)1/2X、Y、Z樣品對應于三原色所產生的三色激勵值；Xo、Yo、Zo所用的日光光源的三色激勵值；Ka、Kb所用光源對應的系數實施例1如下制備粉狀反應混合物—在一個搪瓷盤上，將20g 85％的原磷酸與400g L—天冬氨酸摻混，并加入320g水攪成糊膏狀，—然后在爐內蒸發其中水份并進行真空干燥，40℃及6,000Pa條件下干燥16小時，80℃及6,000Pa條件下干燥21小時，—用盤式沖擊研磨機碾碎所得的416.7g混合物。
將51.8g所得粉狀混合物加到預熱至200℃(油浴溫度)的250ml的旋轉蒸發儀燒瓶中。該瓶的旋轉速率是20rpm。
在200℃及常壓下縮聚4小時后，不經水洗可回收42.0g產品，這對應著聚脫水天冬氨酸(聚琥珀酰亞胺PSI)的產率為72.0％(由電位分析所證實)。
在縮聚操作過程中沒觀察到反應物結塊。
產物的粘度指數VI1＝13.6ml/g，HUNYER顏色測定法中L＝91.2a＝1.3b＝10.2實施例2如下制各粉狀反應混合物—在搪瓷盤上將80g 85％的原磷酸與800g L—天冬氨酸進行摻混，再加640g水攪成糊膏狀，—然后在爐內蒸發其中水份并進行真空干燥，40℃及6,000Pa條件下干燥20小時，80℃及6,000Pa條件下干燥25小時，80℃及650Pa條件下干燥2小時，—用盤式沖擊研磨機碾碎所得的867.9g混合物。
將所得的53.4g粉狀混合物加入到預熱至200℃(油浴溫度)的250ml的旋轉蒸發儀燒瓶中。該瓶的旋轉速率是20rpm。
在200℃及常壓下縮聚4小時后，不經水洗可回收41.0g產品，對應著聚脫水天冬氨酸(聚琥珀酰亞胺PSI)的產率為92.0％(由電位分析所證實)。
在縮聚操作中沒觀察到反應物結塊。
產物的粘度指數VI1＝15.7ml/g，HUNTER顏色測定法中L＝90.7a＝0.4b＝10.8所得聚酰亞胺如上進行水解，其水解產物的生物可降解能力如下MRB97％t10—907天實施例3如下制備粉狀反應混合物—在安裝有一個250ml的燒瓶的旋轉蒸發儀中，將7.5g 85％的原磷酸與50g L—天冬氨酸進行摻混，加入21g水攪成糊膏狀，—然后在該旋轉蒸發儀中在80℃下蒸發其中水份并進行真空干燥，4,600Pa壓力下干燥35分鐘，1300Pa壓力下干燥4小時，—用研缽碾碎所得的56.3g混合物。
將55.2g該粉狀混合物加入到預熱至200℃(油浴溫度)的250ml的旋轉蒸發儀燒瓶中。該瓶的旋轉速率為20rpm。
在200℃及常壓下縮聚4小時后，不經水洗可回收42.3g產物，這對應著聚脫水天冬氨酸(聚琥珀酰亞胺PSI)的產率為100％(由電位分析證實)。
在縮聚初期觀察到了反應介質結塊，輕輕觸動反應介質即可消除這種結塊；試驗在不發生固化的粉狀介質中進行。
產物的粘度指數VI1＝14.7ml/g，HUNTER顏色測定法中L＝90.4a＝-0.7b＝11.1實施例4如下制備粉狀反應混合物—在裝有250ml的燒瓶的旋轉蒸發儀中，將2.5g 85％的原磷酸與50g L—天冬氨酸進行摻混，加入20g水攪成糊膏狀，—然后在旋轉蒸發儀內在80℃下蒸發其中水份并進行真空干燥，6,000Pa條件下干燥20分鐘，1300Pa下干燥4小時，—用研缽碾碎所得的52.2g混合物。
將51.9g該粉狀混合物加入預熱至200℃(油浴溫度)的1升旋轉蒸發儀燒瓶中。該瓶的旋轉速率為20rpm。
在180℃及常壓下縮聚6小時后，不經水洗可回收44.0g產品，這對應著聚脫水天冬氨酸(聚琥珀酰亞胺PSI)的產率為60％(由電位分析所證實)。
在縮聚過程中沒觀察到結塊現象。
產品的粘度指數VI2為12.9，HUNTER顏色測定法中L＝93.3a＝0.3b＝8.2實施例5如下制備粉狀反應混合物—在裝有250ml燒瓶的旋轉蒸發儀中，將5.0g 85％的原磷酸與50g L—天冬氨酸摻混，加入20g水攪成糊膏狀，—然后在該旋轉蒸發器中在80℃下蒸發其中水份并進行減壓干燥，8,000Pa條件下干燥1小時20分鐘，1300Pa條件下干燥2小時30分鐘，—用研缽碾碎所得的54.3g混合物。
將53.8g該粉狀混合物引入預熱至200℃(油浴溫度)的250ml旋轉蒸發瓶中。該瓶的旋轉速率20rpm。
在180℃及常壓下縮聚6小時后，不經水洗可回收42.0g產品，這對應著聚脫水天冬氨酸(聚琥珀酰亞胺PSI)的產率為91％(由電位分析所證實)。
在縮聚過程中沒觀察到結塊現象。
產品的粘度指數VI1為13.9，HUNTER顏色測定法中L＝94.1a＝-0.9
b＝7.2該聚琥珀酰亞胺如上進行水解；其水解產物的生物可降解能力如下MRB94％t10—905天實施例6如下制備粉狀反應混合物—在裝有250ml燒瓶的旋轉蒸發儀中，將7.5g 85％的原磷酸與50g L—天冬氨酸進行摻混，加入20.3g水攪成糊膏狀，—然后在該旋轉蒸發儀中在80及真空條件下蒸發其中水份，4,600Pa條件下蒸發30分鐘，650Pa條件下蒸發4小時，—用研缽碾碎所得的56.6g混合物。
將55.4g該粉狀混合物加入到預熱至200℃(油浴溫度)的250ml旋轉蒸發瓶中。該瓶的旋轉速率為20rpm。
在180℃及常壓下縮聚6小時后，不經水洗可回收42.9g產品，這對應著聚脫水天冬氨酸(聚琥珀酰亞胺)的產率為97％(由電位分析所證實)。
縮聚初期觀察到了反應介質結塊，輕輕觸動反應物即可消除該結塊；試驗在沒產生固化的粉狀介質中進行。
產物的粘度指數VI1為14.7，HUNTER顏色測定法中L＝92.8a＝-0.9b＝8.8實施例7
如下制備粉狀反應混合物—在裝有3升燒瓶的旋轉蒸發儀中，將20g 85％的原磷酸與400gL—天冬氨酸進行摻混，加入320g水攪成糊膏狀，—然后在該旋轉蒸發儀內在80℃及真空條件下蒸發其中水份，在2,600Pa條件下蒸發1小時，在1,300Pa條件下蒸發4小時15分鐘，隨后在爐內在80℃及6,600Pa條件下再干燥65小時，—用研缽碾碎所得的413g混合物，將50g該粉狀混合物加入到預熱至200℃(油浴溫度)的250ml旋轉蒸發儀燒瓶中。該瓶的旋轉速率為20rpm。
在180℃及真空(1,300Pa)條件下縮聚6小時后，不經水洗可回收39.7g產品，這對應著聚脫水天冬氨酸(聚琥珀酰亞胺PSI)的產率為79％(由電位分析所證實)。
在縮聚過程中沒觀察到結塊現象。
產物的粘度指數VI1為33.6，HUNTER顏色測定法中L＝89.7a＝0.8b＝13.5實施例8如下制備粉狀反應混合物—在裝有250ml燒瓶的旋轉蒸發儀中，將7.8g 85％的原磷酸與50gL—天冬氨酸進行摻混，加入20g水攪成糊膏狀，—然后在該旋轉蒸發中內在80℃及真空條件下蒸發其中水份，在4,600Pa條件下蒸發35分鐘，在1,300Pa條件下蒸發4小時，—用研缽碾碎所得的56.3g混合物。
將55.5g該粉狀混合物加入到預熱至200℃(油浴溫度)的250ml旋轉蒸發儀燒瓶中。該瓶的旋轉速率為26rpm。
在200℃及真空(1,300Pa)條件下縮聚3小時后，不經水洗可回收41.8g產品，這對應著聚脫水天冬氨酸(聚琥珀酰亞胺PSI)的產率為100％(由電位分析所證實)。
在縮聚初期觀察到了反應介質結塊，通過輕輕觸動反應物可消除這種結塊；試驗在沒產生固化的粉狀介質中進行。
產物的粘度指數VI2為16.6ml/g，HUNTER顏色測定法中L＝89.7a＝-0.5b＝14.3比較實施例9將以下物質加入到2升旋轉蒸發儀燒瓶內—50g L—天冬氨酸—25g 85％的原磷酸反應物在180℃(油浴溫度)及常壓下加熱4小時，該瓶的旋轉速率為90rpm(避免泡沫產生所要求的速率；低轉速下如20rpm，泡沫從瓶口溢流)。
在縮聚過程中，形成了粘性中間相，其體積有輕微膨脹，其后反應介質產生固化。
所得反應物放入研缽，然后用3×1.8升水清洗，再在60℃及8,000Pa條件下干燥31小時。
34.85g PSI被回收(相當于95.6％的產率)。
產物的粘度指數VI2為11.3ml/g，HUNTER顏色測定法中
L＝92.0a＝-0.3b＝6.9比較實施例10將以下物質加入到2升旋轉蒸發儀燒瓶中—50g L—天冬氨酸—25g 85％的原磷酸反應物在180℃(油浴溫度)及1,300Pa條件下加熱2小時35分鐘，該瓶旋轉速率為90rpm，(避免反應介質起泡所要求的速率)。
在縮聚過程中，形成了粘性中間相，其后反應介質固化。
所得反應物放入研缽內，用3×1.6升水清洗，隨后在60℃及8,000Pa條件下干燥51小時。
37.2g PSI被回收(相當于100％的產率)。
產物的粘度指數VI2為32.5ml/g，HUNTER顏色測定法中L＝88.8a＝-0.0b＝11.6。
權利要求
1.制備氨基酸縮聚物及其多肽水解產物的方法，即在磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸縮聚催化劑存在下通過氨基酸的本體熱縮聚來制備，也可以隨后進行水解，該方法的特征在于縮聚操作在粉狀介質中進行，相對于每分子的氨基酸該粉狀介質中含有0.005～0.25mol、優選0.01～0.18mol均勻分散在該介質中的催化劑。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，所用的氨基酸是天冬氨酸或谷氨酸，它們可以單獨使用或兩者以任意比例混合使用，或與另外一種氨基酸混合使用。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，熱縮聚的操作溫度是150～220℃、優選180～220℃。
4.根據權利要求1至3中任一項的方法，其特征在于，進行縮聚反應且內含均勻分散的催化劑的粉狀反應介質如下制備—將氨基酸與磷酸或多聚磷酸的混合物與水攪成糊膏狀，在常壓、優選在真空條件下蒸發除去其中水份，隨后碾碎所得物，—將氨基酸和磷酸或多聚磷酸溶于水、優選熱水中，隨后將溶液進行噴霧，—將氨基酸在磷酸或多聚磷酸水溶液中形成的懸浮液進行噴霧，—在氨基酸流化床上蒸發磷酸或多聚磷酸水溶液，—將五氧化二磷與氨基酸一起進行碾碎或微粉化。
5.根據權利要求1至3中任一項的方法，其特征在于，所用催化劑為磷酸或多聚磷酸，并且進行縮聚反應且內含均勻分散的催化劑的粉狀反應介質如下制備將磷酸或多聚磷酸引入到氨基酸中，加一定量的水(優選1份重氨基酸加0.4～1份重的水)使該混合物形成糊膏狀，通過常壓、優選真空(通常低于10,000Pa)干燥除去混合物中多余的水份，碾碎所得物即制成粉狀介質。
6.根據權利要求1至5中任一項的方法，其特征在于，熱縮聚生成的聚酰亞胺縮聚物在堿性試劑水溶液中分解成多肽鹽，然后該鹽也可以通過加入無機或有機酸中和而形成多肽酸。
7.上述權利要求中任一項所獲得的縮聚物及其水解產物用作生物可降解的多肽活性劑或活性助劑以提高洗滌劑組合物中表面活性劑(“洗劑”或“助洗劑”)的性能。
全文摘要
氨基酸縮聚物或其多肽水解產物的制備方法，即在磷酸、五氧化二磷或多聚磷酸(催化劑)存在下通過氨基酸在粉狀介質中的本體熱縮聚制備，也可以隨后進行水解，其中催化劑均勻分散在所述粉狀介質中。所述粉狀介質可以通過先使氨基酸和催化劑與水形成糊膏，再除去水分并碾碎而制得。聚酰亞胺縮聚物或其多肽水解產物在洗滌劑組合物中的應用。
文檔編號C08G69/10GK1128771SQ9511821
公開日1996年8月14日 申請日期1995年10月10日 優先權日1994年10月12日
發明者J·L·里佩吉 申請人:羅納·布朗克化學公司