聚乙二醇化壳聚糖的合成

朱坤明，王建伟*，黄 娟

（1.浙江工业大学药学院，浙江 杭州 310014；2.浙江科技学院生物与化学工程学院，浙江 杭州 310023）

聚乙二醇化壳聚糖的合成

朱坤明1，王建伟1*，黄 娟2

（1.浙江工业大学药学院，浙江 杭州 310014；2.浙江科技学院生物与化学工程学院，浙江 杭州 310023）

对壳聚糖C(6)-OH进行聚乙二醇醚化接枝，制备聚乙二醇化壳聚糖衍生物，以提高其作为新型抗肿瘤药物载体对病理部位的选择性。实验中，壳聚糖C(2)-NH2和聚乙二醇单甲醚(MPEG)分别用邻苯二甲酸酐保护氨基和利用Arbuzov重排实现聚乙二醇单甲醚碘化，而后C(6)-OH与碘代聚乙二醇单甲醚(MPEGI)醚化、脱保护，得到6-O-聚乙二醇单甲醚壳聚糖 （CS-MPEG）。通过FTIR和1H NMR，确证了最终产物的结构，通过1H-NMR计算得MPEG接枝率为78%。

壳聚糖；聚乙二醇；药物载体

0 前言

聚乙二醇（polyethylene glycol， MPEG）是一类线性、不带电荷、无毒性、无抗原性、免疫原性、生物相容性好、溶解性好的高分子，既能溶于水溶液中也能溶于有机溶剂中，是少数被FDA许可用于食品医药的材料之一[1-2]。MPEG兼具亲水性与柔韧性，是改善大分子水溶性的常用材料[3]，广泛应用于高聚物的接枝改性。目前已有在壳聚糖上接枝不同分子量MPEG的报道[4]。

图1 6-O-聚乙二醇壳聚糖（CS-MPEG）的合成路线

MPEG是一种两亲性生物材料，经过MPEG修饰后的壳聚糖具有较好的溶解性，能够维持壳聚糖原有的分子结构和长度，并且在壳聚糖侧链也能进行各种化学修饰或反应[1]，MPEG改善了壳聚糖及壳聚糖衍生物的细胞毒性、增加了生物相容性，MPEG化壳聚糖在多肽药物、基因药物传输以及生物功能材料上具有广泛的应用[5]。

MPEG修饰壳聚糖的改性方法主要有接枝、交联、嵌段共聚[8]。MPEG修饰壳聚糖能发生在氨基上[6-8]，也能在 C-6 的羟基上[1，7]。 但是，在氨基上修饰会引起壳聚糖基本骨架的改变，导致它失去原本的物理化学和生物化学活性[1]。尽管在C-6羟基上MPEG化的报道很少，但由于它可以保障游离氨基以进行其他衍生化和对壳聚糖基本骨架影响较小而不断被重视[8]。滤，滤渣用乙醇索氏提取4 d，提取后剩余物过滤、干燥，得8.421 g土黄色固体，产率89.2%。

1.2.3 CS-MPEG的合成与表征

用5 mL水溶解的1.032 g KOH滴加到10 mL水溶解的2.967g AgNO3中，抽滤得灰色沉淀。取 0.77 g（3.3mmol）加入至 250 mL 烧瓶中，再加4.571 g（2mmol） MPEGI、0.582 g （2mmol）邻苯二甲酰壳聚糖、40mLDMF，于60℃下加热回流16 h。然后，加30 mL 85%水合肼和60 mL水，升温至90℃，反应15 h。加200mL水，过滤，将滤液减压蒸除溶剂至黏稠状，转移至透析袋透析3d，冷冻干燥，得2.609 g产品，产率67.9%。聚合物采用FTIR，1H-NMR进行结构确证。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

Nicolet 6700傅立叶变换显微红外光谱仪；ANANCE（500 M）核磁共振波谱仪；Buchi R-210旋转蒸发仪。

壳聚糖 （CS，Mw50，000，脱乙酰度≥91%）；聚乙二醇单甲醚2000（MPEG）；邻苯二甲酸酐（PA）。

1.2 实验步骤

1.2.1 碘代聚乙二醇（MPEGI）的合成

称取MPEG 60 g（30mmol）于100mL烧瓶中，加入24mL亚磷酸三苯酯（90mmol）和13mL（90 mmol）碘甲烷，油浴加热回流6 h。自然冷却后，加入甲苯震荡摇匀。在搅拌下，逐渐慢慢加入无水乙醚至有沉淀析出，停止搅拌，低温使沉淀完全。抽滤，用冰乙醚洗涤滤渣，真空减压干燥。得53 g黄色固体，产率88.3%。

1.2.2 N-邻苯二甲酰基壳聚糖的合成

称取壳聚糖 4.967 g（31mmol-NH2）、13.797 g邻苯二甲酸酐（93mmol）于250mL烧瓶中，加入100mLDMF，氮气保护下，于130℃油浴反应7 h，趁热倒进冰水中，有大量深黄色物质析出，过

图2 壳聚糖a和聚乙二醇-壳聚糖b红外吸收谱图

2 结果与讨论

2.1 聚乙二醇-壳聚糖（CS-MPEG）的表征

CS-MPEG与CS的红外谱图相比 （图2），在1110 cm-1（C-O伸缩振动）明显增强，2886 cm-1（C-H伸缩振动）增强，3400 cm-1（O-H伸缩振动）减弱或消失，说明聚乙二醇已经接枝到壳聚糖上。

图3氢谱中，δ3.1 ppm单峰处为壳聚糖C（2）上的质子峰，δ3.3 ppm处单峰为 MPEG侧链-OCH3上的质子峰，δ3.6 ppm的一簇峰为MPEG侧链-OCH2CH2上H及壳聚糖C（3~6）上的质子峰，δ3.7~4.0 ppm处为壳聚糖C（1）缩醛上的质子峰，证明MPEG已接枝至壳聚糖上。MPEG接枝率计算公式为通过1H-NMR质子比计算得MPEG接枝率为78%。

图3 6-O-聚乙二醇壳聚糖1H-NMR谱图（D2O）

3 结论

本论文以聚乙二醇、壳聚糖为原料，利用Arbuzov重排实现聚乙二醇单甲醚碘化，通过邻苯二甲酸酐保护壳聚糖氨基，而后C（6）-OH与碘代聚乙二醇单甲醚（MPEGI）醚化、脱保护，得到6-O-聚乙二醇单甲醚壳聚糖。制备条件温和，产率较高。所制备的聚合物有望作为新型抗肿瘤药物的载体。

[1]Meemakshi M，Ciaran L， Catherine T， et al.A novel method for synthesizing PEGylated chitosan nanoparticles：strategy，preparation， and in vitro analysis[J].International Journal of Nanomedicine， 2011，6：485-494.

[2]Perry R H，Green D W，Perry's Chemical Engineers'Handbook[M].7th ed， New York： Mcgraw-Hill， 1997.

[3]张未，潘仕荣，张璇，等.聚乙二醇壳聚糖-壳聚糖共聚物作为基因传递载体的体外研究[J].药学学报，2008，43（8）：848-854.

[4]赵晨静.壳聚糖接枝聚乙二醇共聚物的pH敏感性自组装研究[D].天津：南开大学，2005.

[5]叶娟，金方.聚乙二醇化壳聚糖制备、评价及其应用的研究进展[J].国际药学研究杂志，2009，36（3）：204-209.

[6]ZhaoW，Ma H L，Qi X R.Cationic liposomes loaded with doxorubicin targeting to the tumor neovasculature in vitro[J].Acta Pharm Sin， 2007，42：982-988.

[7]Natalija G，Ricardas M.Synthesis and study ofwater-soluble chitosan-O-poly（ethylene glycol） graft copolymer[J].European Polymer Journal 2004，40：685-691.

[8]Sugimoto M，Morimoto M，Sashiwa H.Preparation and characterization of water-solublechitosanderivatives[J].Carbohydrate Polymers，1998，36（1）：49-59.

Abstract：This paperwas focused on etherification through C （6）-OH of chitosan using MPEG， in order to obtain a novel kind of chitosan derivative which will be used as a new anticancer drug carrier to improve the selectivity of the drug against tumor tissues.In this experiment，C （2）-NH2of chitosan was protected by phthalic anhydride and iodination of MPEG was based on Arbuzov rearrangement， then C （6）-OH could react with MPEGI.After deprotection of amino group， chitosan-O-polyethylene glycol （CS-MPEG）graft copolymerwas obtained.The structure of productswere confirmed by FTIR and1H-NMR，and the grafting ratio calculated by1H-NMR wasMPEG 78%.

Keywords：chitosan;polyethylene glycol;drug carrier

Synthesis of PE Gylated Chitosan

ZHU Kun-m ing1， WANG Jian-wei1*， HUANG Juan2
（1.College of Pharmaceutical Science，Zhejiang University of Technology，Hangzhou，Zhejiang 310014， China；2.College of Biological and Chemical Engineering，Zhejiang University of Science and Technology，Hangzhou， Zhejiang 310023， China）

1006-4184（2017）9-0028-03

2017-03-19

朱坤明（1991-），男，安徽阜阳人，硕士研究生，主要从事抗肿瘤药物载体的构建。

*通讯作者：王建伟，E-mail:312885101@qq.com。