[发明专利]一种开环聚合制备ε-聚赖氨酸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物合成方法学领域，具体涉及一种开环聚合制备ε-聚赖氨酸的方法。

背景技术

赖氨酸的聚合物中，由于与羧基缩合的氨基的位置不同，聚合物有α和ε两种形式(图1)。α-聚赖氨酸(α-PL)是由赖氨酸的N-羧酸酐(NCA)单体，通过开环聚合制得。过渡金属引发的赖氨酸NCA单体开环聚合，可以合成得到分子量及其分布可控的α-聚赖氨酸，但α-聚赖氨酸的细胞毒性，限制了其应用领域。由微生物发酵法制得的ε-聚赖氨酸(ε-PL)，安全无毒、可生物降解并具有优异的抗菌性能，已被美国食品药品监督局(FDA)批准用于食品的防腐保鲜以及化妆品的添加剂。但微生物发酵法合成得到的ε-聚赖氨酸分子量不到4000，限制了它的很多应用。因此，需要探索化学法合成ε-聚赖氨酸的新途径。

开环聚合所得产物和单体具有同一组成，副反应比缩聚反应少，不存在等当量配比的问题，易于得到高分子量聚合物。因此，被广泛应用于聚环氧丙烷、聚己内酰胺、聚硅氧烷、聚乳酸等的工业生产。

发明内容

本发明要解决现有技术中ε-聚赖氨酸主要通过生物发酵法制备，生产成本较高，同时通过生物发酵法得到的聚合物分子量不到4千且分子量无法调节，大大限制了ε-聚赖氨酸的应用领域的技术问题，提供一种开环聚合制备ε-聚赖氨酸的方法，该方法成本低、制得的ε-聚赖氨酸分子量可调节。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种开环聚合制备ε-聚赖氨酸的方法，包括以下步骤：

(1)L-赖氨酸甲酯二盐酸盐的制备：

以L-赖氨酸盐酸盐为原料，甲醇作为溶剂和甲酯化试剂，滴加氯化试剂，反应2～24小时，抽滤，即可得到L-赖氨酸甲酯二盐酸盐；

(2)(S)-α-氨基己内酰胺的制备：

将步骤(1)制备得到的L-赖氨酸甲酯二盐酸盐溶解在甲醇溶剂中，加入碱，反应6～24小时，抽滤，浓缩，重结晶后得到(S)-α-氨基己内酰胺；

(3)(S)-α-保护氨基-己内酰胺的制备：

将步骤(2)制备得到的(S)-α-氨基己内酰胺，通过保护基团对氨基进行保护，即得到(S)-α-保护氨基-己内酰胺；

(4)聚(S)-α-保护氨基-赖氨酸的制备：

向步骤(3)制备得到的(S)-α-保护氨基-己内酰胺中加入催化剂后，120℃～300℃下聚合0.5～10小时，即可得到聚(S)-α-保护氨基-赖氨酸；

(5)ε-聚赖氨酸的制备：

将步骤(4)制备得到的聚(S)-α-保护氨基-赖氨酸脱去保护基团后，得到ε-聚赖氨酸。

在上述技术方案中，步骤(1)中所述的氯化试剂为苯甲酰氯，磺酰氯，乙酰氯和氯化亚砜中的一种或多种。

在上述技术方案中，步骤(1)中所述滴加氯化试剂的滴加温度为-78℃～10℃，滴加后反应温度为10℃～100℃。

在上述技术方案中，步骤(2)中所述的碱为三乙胺，氨气，浓氨水，氢氧化钠，吡啶和碳酸钾中的一种或多种。

在上述技术方案中，步骤(2)中所述L-赖氨酸甲酯二盐酸盐与所述碱的投料比为1:2～5。

在上述技术方案中，步骤(2)中所述反应是在温度为10℃～50℃下进行的。

在上述技术方案中，步骤(3)中所述保护基团为苄氧羰基，叔丁氧羰基，笏甲氧羰基，烯丙氧羰基，三甲基硅乙氧羰基，吡咯基，甲氧羰基，乙氧羰基，邻苯二甲酰基，对甲苯磺酰基，三氟乙酰基，邻(对)硝基苯磺酰基，特戊酰基，苯甲酰基，三苯甲基，2,4-二甲氧基苄基，对甲氧基苄基和苄基中的一种或多种。

在上述技术方案中，步骤(4)中所述催化剂为卡宾类试剂、碱金属、碱金属氧化物、碱金属氢氧化物、碱金属氢化物、碱金属醇盐、碱土金属、碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物、碱土金属氢化物或碱土金属醇盐。

在上述技术方案中，步骤(4)中所述催化剂占所述(S)-α-保护氨基-己内酰胺摩尔分数比例为0.02％～6％。

在上述技术方案中，步骤(5)中所述将步骤(4)制备得到的聚(S)-α-保护氨基-赖氨酸脱去保护基团所用溶剂为四氢呋喃，DMF，DMSO，甲醇，乙醇，乙二醇二甲醚，氯仿，二氯甲烷和水中的一种或多种，反应温度为20℃～130℃。

本发明的有益效果是：

本发明提供的开环聚合制备ε-聚赖氨酸的方法，该方法是通过将赖氨酸单体成环得到带α氨基的七元环状内酰胺，再通过七元环状内酰胺单体的开环聚合制备ε-聚赖氨酸(参见图2)。