一種具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇、制備方法及其生物相關物質的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇、制備方法及其生物相關物質。所述氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇的通式如式（1）所示，所述聚乙二醇修飾的生物相關物質的通式如式（2）所示，其中，X1、X2為具有1至20個碳原子的烴基；n1、n2、n3為1～1000的整數；L1、L2、L3為在光照、酶、酸性或堿性條件下穩定存在的連接基團；R為功能性基團；D為生物相關物質；Z為連接基團；L4為官能團在與生物相關物質反應后的殘基。該具有氮原子中心的支化聚乙二醇豐富了支化聚乙二醇的種類，易與底物相互作用，更有利于聚乙二醇對底物的保護，更有效的改善底物在體內的狀態，具有更廣闊的前景。
【專利說明】-種具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇、制備方 法及其生物相關物質
[0001]

【技術領域】 本發明涉及高分子合成化學領域，具體涉及一種具有氮原子支化中 心的單一官能化聚乙二醇、制備方法及其生物相關物質。

【背景技術】
[0002] 聚乙二醇化（PEGylation)是藥物修飾的重要手段之一。其中，官能化聚乙二醇 (PEG)可以利用其含有的活性基團與藥物分子(包括蛋白藥物和有機小分子藥物)、肽類、糖 類、脂類、寡核苷酸、親和配體、輔因子、脂質體以及生物材料等通過共價鍵進行偶聯，實現 對藥物和其他生物相關物質的聚乙二醇修飾。經修飾后的藥物分子將具備聚乙二醇的許 多優良性質(如親水性、柔性、抗凝血性等)。同時，由于空間排斥效應，聚乙二醇修飾后的藥 物避免腎小球的過濾生物反應如免疫反應，使其比未修飾的藥物在血液中有著更長的半衰 期。例如：Greenwald等人（J.Org.Chem. 1995, 331-336)通過與聚乙二醇偶聯的手段修飾紫 杉醇，增加其水溶性。
[0003] 但是在不減少藥物活性的前提下，需要足夠大分子量的聚乙二醇來充分改善藥物 在體內的狀態，增強親水性、延長半衰期、提高抗免疫性等，而在蛋白質和其他生物分子中， 可用于修飾的活性官能團比較少，為了獲得足夠大分子量的聚乙二醇，蛋白質與聚乙二醇 的連接就顯得特別的重要。相對于相同分子量的線性聚乙二醇，由于具有特殊的分子形態， 帶支鏈的聚乙二醇可以在藥物的表層形成一層傘形的保護層，增大了藥物分子周圍的空間 位阻，比線性聚乙二醇能更有效地阻止體內其它大分子物質對藥物的進攻，減少了藥物在 生物體內失活或被酶水解的程度，延長了藥物在體內的作用時間。
[0004] 自1995年，Monfardini將兩根線性甲氧基聚乙二醇分別接到賴氨酸的兩個氨基 上得到兩臂的分叉型（V型)聚乙二醇，再將賴氨酸的羧基活化成琥珀酰亞胺活性酯，并用于 蛋白質修飾研究（BioconjugateChem. 1995, 6, 62-69)以后，這種方法被推廣為最普遍的制 備單一官能化的支化聚乙二醇及其藥物衍生物的方法，并已經在三種商業化的藥物中得到 應用。
[0005] 除此以外，可以通過含有多羥基的小分子引發劑進行引發環氧聚合得到產物制備 支化聚乙二醇，一般地，多羥基的小分子引發劑的支化中心為碳原子。由于碳原子的反應活 性不高，限制了小分子引發劑的制備，從而限制了支化聚乙二醇的種類和使用。
[0006] 因此，有必要開發易于制備的、豐富多樣且參數可控的單一官能化支化聚乙二醇 及其制備方法。


【發明內容】

[0007] 為了克服現有技術的不足，本發明開發一種以氮原子為支化中心的單一官能化的 支化聚乙二醇的制備方法和應用，該方法改變了傳統與碳原子為支化中心的模式，提供更 容易制備、更豐富多樣的支化聚乙二醇的制備方法。
[0008] 本發明的上述目的通過如下技術方案予以實現：
[0009] -種單一官能化的支化聚乙二醇，所述單一官能化的支化聚乙二醇的通式如式 (1)所示：
[0010]

【權利要求】
1. 一種具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇，其特征在于，所述單一官能化聚 乙二醇的通式如式（1)所示：
其中，X2各自獨立地為具有1至20個碳原子的烴基叫、n2、n3各自獨立地為1? 1000的整數；ι^α2α3為在光照、酶、酸性或堿性條件下穩定存在的連接基團；R為功能性基 團。
2. 根據權利要求1所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇，其特征在于，所 述XpX2分別選自甲基、乙基、丙基、丙稀基、丙塊基、異丙基、丁基、叔丁基、戊基、庚基、2_乙 基己基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、 十七燒基、十八燒基、十九燒基、-十燒基、節基或丁基苯基，且在同一分子中，可以相同也 可以不同。
3. 根據權利要求1所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇，其特征在于，所 述Li、L2、L3為具有1至20個碳原子的烴基，或含有在光照、酶、酸性或堿性條件下穩定存在 的醚基、硫醚基、酰胺基、雙鍵、三鍵或氨基等的連接基團，包括但不限于直鏈、支化或環狀 結構，且在同一分子中，可以相同也可以不同。
4. 根據權利要求1所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇，其特征在于，所 述R為能與生物相關物質相互反應的功能性基團。
5. 根據權利要求1所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇，其特征在于，所 述R選自以下基團： 類A:
類c:
類G:
其中Z為亞烷基或含有酯基、尿烷基、酰胺基、醚基、雙鍵、三鍵、碳酸酯基或仲胺基等 在光照、酶、酸性、堿性條件下穩定存在基團的亞烷基； q為O或1 ; Y為具有1至10個碳原子的烴基或包括氟原子的具有1至10個碳原子的烴基； Q為氫或有助于不飽和鍵電子的誘導、共軛效應的基團； M為位于環上的碳原子或氮原子； W為鹵原子，所述W優選為Br或Cl。
6. -種權利要求1?5任意一項權利要求所述單一官能化的支化聚乙二醇的制備方 法，其特征在于，包括如下步驟： a) 以含有兩個裸露羥基的小分子引發劑（4)與堿組成共引發體系，引發環氧乙烷聚合， 生成兩條分支鏈，并進行分支鏈末端去質子化，得到中間體（5); b) 對步驟a)所得中間體（5)的兩條分支鏈進行封端，得到中間體（6); c) 對步驟b)所得中間體（6)的末端羥基的脫保護，得到中間體（7); d) 在步驟c)所得中間體（7)的末端羥基上引發環氧乙烷聚合，生成末端含活性官能團 的主鏈，質子化后得到中間體（3); e) 對步驟d)所得中間體（3)進行含活性基團主鏈末端的官能化修飾，得到式（1)所述 單一官能化的支化聚乙二醇；
其中，PG為羥基保護基團，可以為硅醚、芐基、縮醛、縮酮或叔丁基；XpXynprvrvLp L2、L3、q的定義與通式（1)中相同，除R=OH外，R的定義與上述相同。
7. -種權利要求1?5任意一項權利要求所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙 二醇的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： a) 以含有一個裸露羥基和兩個受保護的羥基的小分子引發劑（9)與堿組成共引發體 系，引發環氧乙烷聚合，生成主鏈，并進行主鏈末端去質子化，得到中間體（10)，其中底物的 兩個羥基的保護基可以相同也可以不同或共用一個保護基； b) 對步驟a)所得中間體（10)的主鏈進行官能化或羥基保護，得到中間體（11)，其中當 R為可在陰離子聚合條件下穩定存在的官能團時，可直接進行官能化； c) 對步驟b)所得中間體（11)的末端羥基的脫保護，得到中間體（12); d) 在步驟c)所得中間體（12)的末端羥基與堿組成共引發體系，引發環氧乙烷聚合，生 成兩條分支鏈，并進行鏈末端去質子化得到中間體（13); e) 對步驟d)所得中間體（13)進行兩條分支鏈封端，得到式（14)所述一端保護的支化 聚乙二醇； f) 對步驟e)所得中間體（14)進行端基脫保護得到支化聚乙二醇中間體（3); g) 對步驟f)所得中間體（3)進行含活性基團主鏈末端的官能化修飾，得到式（1)所述 單一官能化的支化聚乙二醇；
其中，PG為羥基保護基團，可以為硅醚、芐基、縮醛、縮酮或叔丁基；XpXynprvrvLp L2、L3、q的定義與通式（1)中相同，除R=OH外，R的定義與上述相同。
8. -種權利要求1?5任意一項權利要求所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙 二醇的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： a) 以二級胺（15)與含末端官能化或羥基保護的聚乙二醇發生烷基化或酰胺化得到中 間體（11)，其中，當R為可在陰離子聚合條件下穩定存在的官能團時，二級胺可直接與末端 官能化的聚乙二醇發生烷基化或酰胺化； b) 對步驟a)所得中間體（11)的末端羥基的脫保護，得到中間體（12); c) 在步驟b)所得中間體（12)的末端羥基與堿組成共引發體系，引發環氧乙烷聚合，生 成兩條分支鏈，并進行鏈末端去質子化得到中間體（13); d) 對步驟c)所得中間體（13)進行兩條分支鏈封端，得到式（14)所述一端保護的支化 聚乙二醇； e) 對步驟d)所得中間體（14)進行端基脫保護得到支化聚乙二醇中間體（3); f) 對步驟e)所得中間體（3)進行含活性基團主鏈末端的官能化修飾，得到式（1)所述 單一官能化的支化聚乙二醇；
其中，PG為羥基保護基團，可以為硅醚、芐基、縮醛、縮酮或叔丁基；XpXynprvrvLp L2、L3、q的定義與通式（1)中相同，除R=OH外，R的定義與上述相同。
9. 一種權利要求1?5任意一項權利要求所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙 二醇的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： a) -端羥基保護的一級胺（16)與末端醚化封端聚乙二醇發生烷基化得到中間體 (17)； b) 對步驟a)所得中間體（17)與末端醚化封端聚乙二醇發生烷基化或酰胺化，得到中 間體（18); c) 在步驟b)所得中間體（18)的末端羥基脫保護得到端基羥基裸露的中間體（19); d) 對步驟c)所得中間體（19)與堿組成共引發體系，引發環氧乙烷聚合，質子化后得到 支化聚乙二醇中間體（3); e) 對步驟d)所得中間體（3)進行含活性基團主鏈末端的官能化修飾，得到式（1)所述 單一官能化的支化聚乙二醇；
其中，PG為羥基保護基團，可以為硅醚、芐基、縮醛、縮酮或叔丁基；XpXynprvrvLp L2、L3、q的定義與通式（1)中相同，除R=OH外，R的定義與上述相同。
10. -種權利要求1?5任意一項權利要求所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚 乙二醇的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： a) -端胺基保護的醇（20)與堿組成共引發體系，引發環氧乙烷聚合，加入堿完全去質 子化后得到陰離子中間體（21); b) 對步驟a)所得中間體（21)進行醚化封端得到中間體（22); c) 在步驟b)所得中間體（22)的末端胺基脫保護得到端基胺基裸露的中間體（23); d) 對步驟c)所得中間體（23)進行胺基烷基化，得到仲胺中間體（24); e) 對步驟d)所得中間體（24)再次進行胺基烷基化或酰胺化，得到式（1)所述單一官 能化的支化聚乙二醇；
其中，PG為羥基保護基團，可以為硅醚、芐基、縮醛、縮酮或叔丁基；XpXynprvrvLp L2、L3、q的定義與通式（1)中相同，除R=OH外，R的定義與上述相同。
11. 一種權利要求1?5任意一項權利要求所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚 乙二醇的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： a) 胺基保護的雙醇（25)與堿組成共引發體系，引發環氧聚合后，并進行鏈末端去質子 化得到陰離子中間體（26); b) 對步驟a)所得中間體（26)進行醚化封端得到中間體（27); c) 在步驟b)所得中間體（27)的胺基脫保護得到胺基裸露的中間體（28); d) 對步驟c)所得中間體（28)進行胺基烷基化、酰胺基化，得到式（1)所述單一官能化 的支化聚乙二醇；
其中，PG為羥基保護基團，可以為硅醚、芐基、縮醛、縮酮或叔丁基；XpXynprvrvLp L2、L3、q的定義與通式（1)中相同，除R=OH外，R的定義與上述相同。
12. -種具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇修飾的生物相關物質，其特征在 于，所述聚乙二醇修飾的生物相關物質的通式如式（2)所示：
其中，X2各自獨立地為具有1至20個碳原子的烴基叫、n2、n3各自獨立地為1? 1000的整數；Ι^α2α3為在光照、酶、酸性或堿性條件下穩定存在的連接基團；q為0或I ;D 為生物相關物質；Z為連接基團，能與生物相關物質反應的官能團通過該連接基團Z連接于 對稱軸聚乙二醇主鏈上并與生物相關物質發生化學反應，形成殘基l 4。
13. 權利要求12述具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇修飾的生物相關物質， 其特征在于，所述Xp X2分別選自甲基、乙基、丙基、丙稀基、丙塊基、異丙基、丁基、叔丁基、 戊基、庚基、2-乙基己基、辛基、壬基、癸基、i^一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五 烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基、芐基或丁基苯基，且在同一分子 中，可以相同也可以不同。
14. 如權利要求12所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇修飾的生物相關 物質，其特征在于，所述U、L2、L 3為含有在光照、酶、酸性或堿性條件下穩定存在的醚基、硫 醚基、酰胺基、雙鍵、三鍵或二級氨基的烴基等的連接基團，包括但不限于直鏈、支化或環狀 結構，且在同一分子中，可以相同也可以不同。
15. 如權利要求12所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇修飾的生物相關 物質，其特征在于，所述D為多肽、蛋白質、酶、小分子藥物、染料、脂質體、核苷、核苷酸、寡 核苷酸、多核苷酸、核酸、多糖、留體化合物、脂類化合物、磷脂、糖脂、糖蛋白、類固醇、細胞、 病毒或膠束。
16.根據權利要求12所述具有氮原子支化中心的單一官能化聚乙二醇修飾的生物相 關物質，其特征在于，所述叫、n2為10?800的整數，優選為50?500的整數。
【文檔編號】C12N15/10GK104387577SQ201310204520
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年5月28日 優先權日:2013年5月28日
【發明者】翁文桂, 劉超, 廖金城, 袁金春 申請人:廈門賽諾邦格生物科技有限公司