专利摘要
本发明提供了一种以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)制备二代赖氨酸树状分子；(2)制备α‑氨基酸环内酸酐单体；(3)单体的开环聚合；(4)聚合物前体的PEG化与脱保护。本发明制备方法避免了传统的固相多肽合成方法，具有生产成本低的优点，并且制得的肽类聚合物分子具有独特的结构，其具有α‑螺旋的主链结构和树状分子为侧链的复合放射螺旋结构，赋予其高效广谱杀菌效果及细胞毒性和溶血性低的优点。
权利要求
1.一种以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备二代赖氨酸树状分子；
(2)制备α-氨基酸环内酸酐单体：在二代赖氨酸树状分子上接枝带保护基团的赖氨酸分子，然后在无水环境下与三光气混合，制得α-氨基酸环内酸酐单体；
(3)单体的开环聚合：将α-氨基酸环内酸酐单体分子在无水环境下与引发剂混合，进行开环聚合反应，制得聚合物前体；
(4)聚合物前体的PEG化与脱保护：将聚合物前体与TCEP混匀，然后加入双丙烯酸酯PEG，室温反应10-15h，然后再进行脱保护，制得以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物。
2.根据权利要求1所述的以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(1)中二代赖氨酸树状分子的制备过程具体为：将2,6-二叔丁氧羰基氨基己酸、赖氨酸甲酯二盐酸盐、HOBt和EDC·HCl混合，在冰浴中维持40-80min，然后升温至室温反应45-50h，制得；其中2,6-二叔丁氧羰基氨基己酸、赖氨酸甲酯二盐酸盐、HOBt和EDC·HCl的摩尔比为1:2-4:2-4:2-4。
3.根据权利要求1所述的以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(2)中α-氨基酸环内酸酐单体的制备过程具体为：
①将二代赖氨酸树状分子、Fmoc-Lys-OH·HCl、HOBt、EDC在溶液中按摩尔比为1:1-2:2-4:2-4进行混合，然后将混合溶液在冰浴中放置40-80min，然后将反应体系温度升至室温并反应45-50h；
②将步骤①所得产物加入有机溶液中，于无水条件下加入三光气，于45-55℃反应10-15h，制得；其中，步骤①所得产物与三光气的摩尔比为4-7:1-3。
4.根据权利要求3所述的以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物的制备方法，其特征在于，步骤①中二代赖氨酸树状分子、Fmoc-Lys-OH·HCl、HOBt、EDC的摩尔比为1:1:2:2，冰浴中放置h，然后将反应体系升至室温后反应48h。
5.根据权利要求3所述的以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物的制备方法，其特征在于，步骤①所得产物与三光气的摩尔比为5:2，反应温度为50℃，反应时间为12h。
6.根据权利要求1所述的以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(3)中具体过程为：室温下，α-氨基酸环内酸酐与引发剂以摩尔比为1:0.01-0.02反应45-50h，制得。
7.根据权利要求1或5所述的以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物的制备方法，其特征在于，引发剂为含氨基和二硫键的引发剂。
8.根据权利要求1所述的以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(4)中聚合物前体、TCEP和双丙烯酸酯PEG的摩尔比为1:20-30:8-12。
9.根据权利要求1所述的以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物的制备方法，其特征在于，步骤(4)中向PEG化的产物中加入三氟乙酸进行脱保护，脱保护温度为室温，时间为5-8h。
10.采用权利要求1-9任一项所述方法制得的以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物。
说明书
技术领域
本发明属于肽类抗菌聚合物技术领域，具体涉及一种以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物及其制备方法。
背景技术
由微生物引起的传染病对全球公共卫生产生了极大的威胁。但随着抗生素的广泛使用，在临床上出现细菌耐药的情况日益严重。而肽类抗菌聚合物作为一种不易产生耐药且具有广谱杀菌效果的应对手段受到了人们的关注。现有的肽类抗菌聚合物在结构和成分上多为对天然抗菌肽的模仿或修饰。这使得其多为利用固相多肽合成法合成，在结构和成分上为线型单链氨基酸，但这类肽类聚合物具有生产成本较高、杀菌效果与细胞毒性难易互相平衡、对红细胞溶血毒性大等缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种新型的以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物及其制备方法，以解决现有肽类抗菌聚合物采用固相多肽合成法进行合成造成的生产成本高，且对红细胞溶血毒性大的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备二代赖氨酸树状分子；
(2)制备α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体：在二代赖氨酸树状分子上接枝带保护基团的赖氨酸分子，然后在无水环境下与三光气混合，制得α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体；
(3)单体的开环聚合：将α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体分子在无水环境下与引发剂混合，进行开环聚合反应，制得聚合物前体；
(4)聚合物前体的PEG化与脱保护：将聚合物前体与TCEP混匀，然后加入双丙烯酸酯PEG，室温反应10-15h，然后再进行脱保护，制得以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物。
进一步地，步骤(1)中二代赖氨酸树状分子的制备过程具体为：将2,6-二叔丁氧羰基氨基己酸、赖氨酸甲酯二盐酸盐、HOBt和EDC·HCl混合，在冰浴中维持40-80min，然后升温至室温反应45-50h，制得；其中2,6-二叔丁氧羰基氨基己酸、赖氨酸甲酯二盐酸盐、HOBt和EDC·HCl的摩尔比为1:2-4:2-4:2-4，优选1:2.5:2.5:2.5；在冰浴中维持时间优选1h，室温反应时间优选48h；
反应原料2,6-二叔丁氧羰基氨基己酸为Boc-L-Lys(Boc)-OH或Boc-D-Lys(Boc)-OH，赖氨酸甲酯二盐酸盐为H-L-Lys-OMe·2HCl或H-D-Lys-OMe.2HCl。
进一步地，步骤(1)中在冰浴的同时向体系中加入二异丙基乙胺，减少副反应的产生，在提高产率的同时还可以保持氨基酸的手性构型，减少消旋现象的产生。
进一步地，步骤(1)中反应结束后还进行洗涤、干燥、纯化步骤，具体为：用饱和碳酸氢钠溶液、稀盐酸、饱和氯化钠溶液进行交替洗涤3-5次，收集有机相用无水硫酸钠进行干燥，最后进行柱层析提纯。
进一步地，步骤(2)中α-氨基酸环内酸酐单体的制备过程具体为：
①将二代赖氨酸树状分子、Fmoc-Lys-OH·HCl、HOBt、EDC在溶液中按摩尔比为1:1-2:2-4:2-4进行混合，然后将混合溶液在冰浴中放置40-80min，然后将反应体系温度升至室温并反应45-50h；
②将步骤①所得产物加入有机溶液中，于无水条件下加入三光气，于45-55℃反应10-15h，制得；其中，步骤①所得产物与三光气的摩尔比为4-7:1-3。
进一步地，步骤①中二代赖氨酸树状分子、Fmoc-Lys-OH·HCl、HOBt、EDC的摩尔比为1:1:2:2。
进一步地，步骤①中在冰浴的同时向体系中加入二异丙基乙胺，减少副反应的产生，在提高产率的同时还可以保持氨基酸的手性构型，减少消旋现象的产生。
进一步地，步骤①中冰浴中放置1h，然后将反应体系升至室温后反应48h。
进一步地，步骤①中反应结束后还进行洗涤、干燥、纯化步骤，具体为：用饱和碳酸氢钠溶液、稀盐酸、饱和氯化钠溶液进行交替洗涤3-5次，收集有机相用无水硫酸钠进行干燥，最后进行柱层析提纯。
进一步地，步骤②中步骤①所得产物与三光气的摩尔比为5:2，反应温度为50℃，反应时间为12h。
进一步地，步骤(3)中具体过程为：室温下，α-氨基酸环内酸酐与引发剂以摩尔比为1:0.01-0.02反应45-50h，制得。
进一步地，α-氨基酸环内酸酐与引发剂的摩尔比为60:1，反应时间为48h。
进一步地，引发剂为含氨基和二硫键的引发剂，优选胱胺。
进一步地，步骤(4)中聚合物前体、TCEP和双丙烯酸酯PEG的摩尔比为1:20-30:8-12，优选摩尔比为1:25:10。
进一步地，步骤(4)中向PEG化的产物中加入三氟乙酸进行脱保护，脱保护温度为室温，时间为5-8h，优选6h。
本发明提供的以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物及其制备方法，具有以下有益效果：
本发明中先制备了二代赖氨酸树状分子，由于二代赖氨酸树状分子无法直接通过三光气得到相应的NCA分子，因此，需在二代赖氨酸树状分子上先接枝一个赖氨酸分子，接枝的赖氨酸分子可以是制备二代赖氨酸树状分子时所用的氨基酸，但应选用带不同保护基团的赖氨酸反应物，氨基酸分子中的氨基与羧基进行缩合反应，氨基酸分子中的保护基如甲酯保护基团在碱性环境下进行水解反应，然后再与三光气发生取代反应，形成α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体，然后采用引发剂尤其是含氨基的引发剂引发α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体发生开环聚合反应，所得聚合物前体再发生还原反应以及巯基-烯点击反应，随后脱去氨基酸的保护基，最终制得以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物。
本发明制备方法避免了传统的固相多肽合成方法，具有生产成本低的优点，并且制得的肽类聚合物分子具有独特的结构，其具有α-螺旋的主链结构和树状分子为侧链的复合放射螺旋结构，赋予其高效广谱杀菌效果及细胞毒性和溶血性低的优点。
附图说明
图1为实施例1制备的左旋分子的H-NMR表征结果图。
图2为实施例1制备的左旋分子的MALDI-TOF MS表征结果图。
图3为实施例1制备的右旋分子的H-NMR表征结构图。
图4为实施例1制备的右旋分子的MALDI-TOF MS表征结果图。
图5为实施例1制备α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体时步骤1中采用左旋分子作为原料时的H-NMR表征结构图。
图6为实施例1制备α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体时步骤1中采用左旋分子作为原料时的MALDI-TOF MS表征结果图。
图7为实施例1制备α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体时步骤1中采用右旋分子作为原料时的H-NMR表征结构图。
图8为实施例1制备α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体时步骤1中采用右旋分子作为原料时的MALDI-TOF MS表征结果图。
图9为实施例1制备α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体时步骤2中采用左旋分子作为原料时的H-NMR表征结构图。
图10为实施例1制备α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体时步骤2中采用右旋分子作为原料时的H-NMR表征结构图。
图11为实施例1引发剂的H-NMR表征结果图。
图12为实施例1以左旋分子为原料时制得的聚合物前体的H-NMR表征结果图。
图13为实施例1以左旋分子为原料时制得的聚合物前体的GPC表征结果图。
图14为实施例1以右旋分子为原料时制得的聚合物前体的H-NMR表征结果图。
图15为实施例1以右旋分子为原料时制得的聚合物前体的GPC表征结果图。
图16为实施例1以左旋分子为原料制得的最终产物的H-NMR表征结果图。
图17为实施例1以左旋分子为原料制得的最终产物的GPC表征结果图。
图18为实施例1以右旋分子为原料制得的最终产物的H-NMR表征结果图。
图19为实施例1以右旋分子为原料制得的最终产物的GPC表征结果图。
图20为左旋分子为原料时制得的肽类抗菌聚合物的二级结构表征图。
图21为分子动力学模拟本发明肽类抗菌聚合物与细菌膜相互作用0至100ns的模拟结果。
具体实施方式
实施例1
一种以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物的制备方法，包括以下步骤：
一、二代赖氨酸树状分子的制备
1、左旋分子的制备
将Boc-L-Lys(Boc)-OH((S)-2,6-二叔丁氧羰基氨基己酸，5mmol)，H-L-Lys-OMe·2HCl(L-赖氨酸甲酯二盐酸盐，12.5mmol)，HOBt(1-羟基苯并三氮唑，12.5mmol)，EDC·HCl(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐，12.5mmol)加入到30mL无水二氯甲烷中，并将混合溶液至于冰浴中维持0℃1个小时。在冰浴的同时将DIPEA(二异丙基乙胺，8mL)滴加入反应体系。随后将反应体系升至室温并反应48小时。待反应结束，向反应体系中加入70mL氯仿，并按体积比1:1分别与饱和碳酸氢钠溶液、稀盐酸、饱和氯化钠溶液交替洗涤3次。将有机相收集并以无水硫酸钠干燥8小时。将干燥后的溶液进行旋转蒸发富集，并以二氯甲烷：甲醇体积比1:30的混合物为流动相将粗产物进行柱层析提纯。将上述产物置于1M浓度的氢氧化钠甲醇溶液中，室温下反应12小时。带反应结束向混合物中加入三倍体积的氯仿，逐滴加入1M浓度的稀盐酸直至溶液pH为2-3。收集有相并以无水硫酸钠干燥8小时，过滤后将滤液富集，得到白色产物。
上述反应中DIPEA是一种有机碱，其主要作用是减少副反应的产生，在提高产率的同时可以保持氨基酸的手性构型，减少消旋现象的产生。
反应式如下：
所得产物的H-NMR数据为：
MALDI-TOF MS表征结果数据为：m/z＝825.4([M+Na]
所得产物H-NMR、MALDI-TOF MS表征结果分别见图1和图2。
2、右旋分子的制备
氨基酸反应原料使用右旋氨基酸(Boc-D-Lys(Boc)-OH与H-D-Lys-OMe.2HCl)，其余反应物与反应操作同左旋分子制备完全相同。
所得产物的H-NMR数据为：
MALDI-TOF MS表征结果数据为：m/z＝825.6([M]
所得产物H-NMR、MALDI-TOF MS表征结果分别见图3和图4。
二、α-氨基酸环内酸酐(NCA)单体的制备
1、将上步骤制得的产物(5mmol)，Fmoc-L-Lys-OH·HCl(N-芴甲氧羰基-L-赖氨酸盐酸盐，5mmol)，HOBt(10mmol)，EDC(10mmol)加入到30mL无水二氯甲烷中，并将混合溶液至于冰浴中维持0℃1个小时。在冰浴的同时将DIPEA(3.2mL)滴加入反应体系。随后将反应体系升至室温并反应48小时。待反应结束，向反应体系中加入70mL氯仿，并按体积比1:1分别与饱和碳酸氢钠溶液、稀盐酸、饱和氯化钠溶液交替洗涤3次。将有机相收集并以无水硫酸钠干燥8小时。将干燥后的溶液进行旋转蒸发富集，并以二氯甲烷：甲醇体积比1:20的混合物为流动相将粗产物进行柱层析提纯。将上述产物置于1M浓度的氢氧化钠甲醇溶液中，室温下反应12小时。待反应结束向混合物中加入三倍体积的氯仿，逐滴加入1M浓度的稀盐酸直至溶液pH为2-3。收集有机相并以无水硫酸钠干燥8小时，过滤后将滤液富集，得到白色产物。
反应式如下：
采用左旋分子作为原料制得的反应产物的H-NMR数据为：
MALDI-TOF MS表征结果数据为：m/z＝931.6([M]
所得产物H-NMR、MALDI-TOF MS表征结果分别见图5和图6。
采用右旋分子作为原料进行制备，制备过程与上述相同，制得的反应产物的H-NMR数据为：
MALDI-TOF MS表征结果数据为：m/z＝931.5([M]
所得产物H-NMR、MALDI-TOF MS表征结果分别见图7和图8。
2、将上述产物(5mmol)加入50mL无水四氢呋喃中，并在无水条件下加入4mL三光气的四氢呋喃溶液(0.5M浓度)，反应体系在50℃反应12小时。待反应结束，将溶剂以旋转蒸发去除，并将粗产物在无水乙醚中沉淀并以无水乙醚洗涤三次。
反应式如下：
采用左旋产物作为原料时，H-NMR数据为：
H-NMR表征结果见图9。
采用右旋产物作为原料时，H-NMR数据为：
H-NMR表征结果见图10。
三、单体的开环聚合
1、引发剂的前处理
将胱胺二盐酸盐(9mmol)在冰浴条件下加入至2.5M浓度的70mL氢氧化钠溶液中，随后向反应体系内加入50mL氯仿，并在室温下反应4小时。待反应结束，将有机相收集，以旋转蒸发去除溶剂并小心维持温度不超过25摄氏度。将上述得到的引发剂溶于无水DMF中，制备成0.1M浓度的引发剂溶液待用。
反应式如下：
H-NMR数据为：
H-NMR表征结果图见图11。
2、将NCA单体(3mmol)溶于30mL无水DMF中，并加入0.5mL引发剂溶液，室温下反应48小时。待反应结束，以无水乙醚沉淀出白色产物，并以无水乙醚将产物洗涤三次得到聚合物前体。
反应式如下：
以左旋分子为原料时，所得聚合物前体的H-NMR数据为：
GPC表征结果数据为：GPC in DMF/LiBr:Mw＝4.61×10
H-NMR、GPC表征结果见图12和13。
以右旋分子为原料时，所得聚合物前体的H-NMR数据为：
GPC表征结果数据为：GPC in DMF/LiBr:Mw＝4.72×10
四、聚合物前体的PEG化与脱保护
将得到的聚合物前体(0.6mmol)与750mL 20mM浓度的TCEP DMSO溶液(含三(2-甲酰乙基)膦盐酸盐的二甲基亚砜溶液)混合，并在室温下搅拌一个小时，随后将双丙烯酸酯PEG(AC-PEG-AC)(6mmol)加入，室温下反应12小时。待反应结束后以截断分子量MWCO＝3500的透析袋在去离子水中透析72小时，并每8小时换液，最终冻干收集产物。将上述产物(1mmol)与TFA(三氟乙酸)：DMSO＝1:1的混合物(50mL)混合，室温下反应6小时。待反应结束后以截断分子量MWCO＝3500的透析袋在去离子水中透析72小时，并每8小时换液，最终冻干收集产物。
在聚合物前体的PEG化过程中，首先是TCEP作为还原剂发生二硫键的还原反应，然后滴加双丙酸酯PEG(AC-PEG-AC)进行反应是发生巯基-烯点击反应，该过程是以残留的TCEP作为催化剂发生的巯基-烯点击反应，随后脱去氨基酸的保护基，具体为氨基酸的N-Boc保护基团在酸性环境下进行脱除反应
反应式如下：
以左旋分子为原料时，制得的最终产物的H-NMR数据为：
GPC表征结果数据为：GPC in DMF/LiBr:Mw＝2.02×10
以右旋分子为原料时，制得的最终产物的H-NMR数据为：
GPC表征结果数据为：GPC in DMF/LiBr:Mw＝2.13×10
H-NMR、GPC表征结果见图18和19。
以左旋分子为原料时，制得的肽类抗菌聚合物的二级结构表征图(圆二色谱)见图20。
由图20可知，肽类抗菌聚合物在波长为207nm及225nm处存在两个数值为负的吸收峰，这是典型的α螺旋肽段的圆二色谱特征。所以可以得出该抗菌聚合物主链存在α螺旋的二级结构，而树状分子作为侧链向外侧伸展。这种放射螺旋状的三维结构可以有利于抗菌聚合物与细菌膜的结合，并且位于外侧伸展的阳离子树状分子对内侧α螺旋主链具有一定的屏蔽作用，这种屏蔽作用可以减少相对疏水的主链对哺乳动物细胞的毒性。因此，本发明制得的肽类抗菌聚合物在结构上具有较强的抗菌、细胞毒性和溶血性低的潜力。
实验例 分子动力学模拟本发明肽类抗菌聚合物与细菌膜的相互作用
分子动力学使用GROMACS version 2019.3软件包，采用GROMOS 53A7力场，水分子采用SPC模型，细菌膜模型使用POPG：POPE＝1:3的双层磷脂膜，聚合物分子使用AutomatedTopology Builder(ATB)服务器建模。初始阶段将聚合物分子置于磷脂双分子层上方4.5nm处，体系平衡阶段使用最速下降法和共轭梯度法对其进行能量优化，随后进行恒温系综(NVT)及恒压系综(NPT)平衡，温度耦合使用v-rescale方法，温度逐渐上升至310K。最终对抗菌聚合物与双层磷脂膜进行100ns的模拟，采用蛙跳算法，积分步长为2fs，长程静电相互作用使用PME算法，短程邻居列表截断半径、短程库伦截断半径、短程范德华截断半径均设为1.2nm，体系分子键长使用LINCS算法约束。
0至100ns的模拟结果见图21。由图21可知，聚合物分子(紫色)在模拟开始后10nm内快速接近至磷脂膜表面(黄绿色)，并且部分赖氨酸树状分子侧链接触到膜表面。随着时间的推移，更多的树状分子侧链插入到磷脂膜的表面。最终100ns时，整个聚合物分子铺展到磷脂膜表面，并且有部分的树状分子侧链插入到磷脂膜中。结果表明这种树状分子为侧链的肽类聚合物与细菌膜具有很强的相互作用，能够在极短的时间内与插入到细菌膜表面，为其能够通过与细菌膜相互作用进而破坏细菌膜、杀灭细菌提供了有力的证明，是一种具有高效杀菌潜力的聚合物材料。
一种以树状分子为侧链的手性肽类抗菌聚合物及其制备方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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