苏州大学宋子元课题组Biomacromolecules | 利用单体粗产物混合物高效制备共聚氨基酸

英文原题：Facile Preparation of Heteropolypeptides from Crude Mixtures of α-Amino Acid N-Carboxyanhydrides

通讯作者：宋子元（苏州大学）

作者：Xiao Sun, Aoting Li, Ning Li, Guonan Ji, Ziyuan Song*

由氨基酸N-羧酸环内酸酐（NCA）开环聚合制备的聚氨基酸是一类重要的生物高分子材料。其中，具有两种或多种侧链的共聚氨基酸在实际应用中展现出巨大的潜力，可通过侧链比例和官能团的调节实现其结构和性能的微调。然而，共聚氨基酸的传统制备策略依赖于每种NCA单体的单独合成和纯化（即单独光气化），这显著增加了时间和成本。同时，通过将氨基酸原料混合并一锅法光气化的方式虽然能够简化合成步骤，但得到的NCA单体粗产物混合物大多呈油状，难以进行有效纯化，其直接聚合具有很大的挑战性（图1）。

图1. 通过传统的单独光气化策略和一锅法光气化策略制备共聚氨基酸

近日，苏州大学宋子元课题组报道了在数小时内从起始氨基酸混合物经过NCA单体粗产物混合物，最终高效合成共聚氨基酸的策略。该策略利用正己烷沉淀和油水分相相结合的方式高效清除了NCA单体合成过程中产生的杂质，并利用快速聚合过程实现了共聚氨基酸的制备。从氨基酸原料计算的最高收率达到86%，且相较于传统的共聚氨基酸合成最多可以节省80%的实验操作时间，显著降低了合成成本与时间，为后续共聚氨基酸的性质研究和制备奠定了基础。

该研究团队首先开发了一种依赖于氢离子含量来定量NCA单体粗产物混合物中杂质的方法，即利用NCA单体和杂质改变溶液pH能力的不同实现了杂质的定量分析。利用新的杂质定量方法，证实了一锅法光气化策略得到的单体粗产物混合物中的杂质含量显著高于单独光气化策略（约2.5倍）。这导致单体粗产物混合物无法直接聚合或聚合可控性差。在此基础上，进一步比较了不同的纯化方法去除NCA粗混合物中杂质的水平（图2）。由于光气化过程中产生了水溶性和油溶性杂质，利用正己烷沉淀和油水分相相结合实现了NCA单体粗产物混合物的高效纯化。

图2. 不同纯化方法去除杂质能力的评估

纯化后的NCA单体混合物可以直接使用DCM/DMF/水双相体系进行聚合。利用冠醚或乙酸催化体系对聚合反应进行加速，能够抑制聚合过程中单体水解等副反应，得到单峰分布和窄分散性的共聚氨基酸，其组分直接取决于初始氨基酸原料的摩尔比。在此基础上，研究团队进一步探索了水溶性共聚氨基酸的高效制备，通过对侧链上的酸敏感基团一步法脱保护，制备出了一系列可用于各种生物医学研究的水溶性共聚氨基酸。

这一成果近期发表在Biomacromolecules 上，苏州大学研究生孙笑和李澳婷为文章的第一作者，宋子元教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和苏州市科技局的支持。

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Facile Preparation of Heteropolypeptides from Crude Mixtures of α-Amino Acid N-Carboxyanhydrides

Xiao Sun, Aoting Li, Ning Li, Guonan Ji, Ziyuan Song*

Biomacromolecules 2024, XXXX, XXX, XXX-XXX

https://doi.org/10.1021/acs.biomac.4c00746 

Published August 21, 2024

© 2024 American Chemical Society

（本稿件来自ACS Publications）