聚乙二醇修饰小分子药物的新方法

第24卷第1期高分子材料科学与工程Vol 24. No. 12008年1月POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERINGJan.2008聚乙二醇修饰小分子药物的新方法宋春梅,庄小璐,谢美然,张以群(华东师范大学化学系,上海200062)摘要:以烟酸、苯甲酸、对硝基苯甲酸三种临床上有意义的小分子药物为模型药物,通过两步法把这类带有羧基的小分子药物以可降解的酯键连接到聚乙二醇(PEG)上,产物收率达80%~85%。由酯键的降解达到对小分子药物的缓释。对于所合成的大分子前药用IR,HNMR,DsC进行表征,说明小分子药物键合到PEG上;产物可溶于绝大多数有机溶剂;提高了在水中的溶解性能。着重以PEG烟酸酯为例进行详细的讨论。关键词:聚乙二醇;烟酸;小分子药物;修饰;两步法中图分类号:0632文献标识码:A文章编号:1000755(2008)01-0143-04小分子药物由于半衰期(t12)短、清除快,5h,干燥除水;二氯亚砜(A.R.):直接使用;苯临床应用常需要重复给药,增加了对人体的毒AR.):用4A分子筛放置过夜,氮气氛下蒸副作用;且水溶性差影响人体吸收。为了解决出放入分子筛备用;烟酸(CP.):用蒸馏水重上述问题,近年来对小分子药物的修饰成为研结晶两次;苯甲酸(A.R):真空干燥;对硝基苯究热点。聚乙二醇( Scheme1)无毒、无致畸性、甲酸(A.R.):真空干燥;无水乙醚(A.R.);三无免疫原性、半衰期(t1a)长,种类多,水溶性乙胺(A.R.):用无水CaC2放置过夜氮气氛和生物相容性好,用其改性的小分子药物水溶下蒸出,放入分子筛备用。性好1-3。但是聚乙二醇的羟基活性低,难直1.2聚乙二醇烟酸酯的合成接进行反应,通常采用活化的PEG来进行药物1.2.1烟酰氯的合成:取烟酸1.24g(10修饰{1∴‘S,而活化的PEG价格昂贵,且难制mol),于50mL圆底烧瓶中,在磁力搅拌下慢备。烟酸即3-吡啶甲酸,是临床上有意义的小慢滴加二氯亚砜3mL(40mmol),滴加完毕,分子药物但存在诸如诱发溃疡病加重糖尿病0℃油浴反应1h,反应有气泡产生,待体系中等副作用,从而限制了它的临床应用。本文选无固体和气泡产生时停止反应。减压蒸去过用了烟酸等小分子药物为模型,通过可降解的量的二氯亚砜加人干燥苯沸腾10min,减压酯键键合于聚乙二醇上,获得PEG修饰的大分除苯,蒸干,得白色固体即烟酰氯子前药。以二氯亚砜为偶联剂,把小分子药物1.2.2聚乙二醇烟酸酯的合成:取聚乙二醇键合于PEG上,便于纯化。此方法简单且收率10.6g(24mmo),于100mL圆底烧瓶中加入高,成本低。30mL无水苯,在磁力搅拌下使其溶解。将溶解的聚乙二醇滴加至烟酰氯中,加毕,缓慢加入1实验部分3.5mL的三乙胺,氮气氛下磁力搅拌,于80℃1.1原料油浴下回流24h,待反应结束后,滤除沉淀物,聚乙二醇4000(CP):经90℃油浴抽真空滤液浓缩,用无水乙醚沉淀得粗产物;粗品用苯中国煤化工收稿日期:2006-11-22;修订日期:2007-05-31某金项目:国家自然科学基金资助项目(20474017)CNMHG联系人:宋舂梅,主要从事生物医用高分子载体、水性有机/无机纳米材料和新型功能材料研究, E- mail: among@ chem. ec高分子材料科学与工程2008年溶解放置过夜抽滤除去不溶物滤液浓缩,无气泡产生,待体系中无固体和气泡产生时,停止水乙醚沉淀;重复三次,真空于燥至恒量,得精反应。减压蒸去过量的二氯亚砜,加入干燥苯,制后的产物收率85%。反应流程图见 Scheme沸腾10min,减压除苯,蒸干,得白色固体,即对硝基苯甲酰氯13聚乙二醇苯甲酸酯的合成L.4.2聚乙二醇对硝基笨甲酸酯的合成:取1.3.1苯甲酰氣的合成:取苯甲酸122g(10聚乙二醇10.6g(2.4mmol),于100mL圆底mno),于50mL圆底烧瓶中,在磁力搅拌下慢烧瓶中加入30mL无水苯,在磁力搅拌下使其慢滴加二氯亚砜3mL(40mmo),滴加完毕,90溶解。将溶解的聚乙二醇滴加至对硝基苯甲酰℃油浴,反应3h,过程中有气泡产生,待反应体氯中,加毕,缓慢加入3.0mL的三乙胺,氮气系中无固体和气泡产生时,停止反应。减压蒸氛下磁力搅拌,于80℃油浴下回流24h,待反去过量的二氯亚砜,加人干燥苯,沸腾10min,应结束后,滤除沉淀物,滤液浓缩,用无水乙醚减压除苯,蒸干,得白色固体,即为苯甲酰氯。沉淀得粗产物;粗品用苯溶解放置过夜,抽滤,ChO除去不溶物滤液浓缩,无水乙醚沉淀;重复三次,真空干燥至恒量,得精制后的产物,收率85%AH. Poly(ethYlene glycol15分析测试1.5.1红外光谱分析: Nicoletnexus670FTIRstud Mbbrwio PEG"oN红外仪,KBr压片。hylene gly1.5.2核磁共振测定:HNMR谱用BrukerDRX00MHz核磁共振波谱仪测定,四ooH sOC↑甲基硅烷(TM)为内标尔代氯仿(cC)为溶剂TEA H0-P2-OH1.5.3DSC测定:CDR1差动热分析仪,加热c速率为10℃min,试样量为10mg,扫描温度范围为298K~523K,标准样为aA2O3温度-p21-D/校正,线性关系符合仪器标准。Scheme 2 The synthesis steps of PEG(nicotinic acid)21.3.2聚乙二醇-苯甲酸酯的合成:取聚乙二2结果与讨论醇10.0g(2.4mmo),于100mL圆底烧瓶中2.1聚乙二醇烟酸酯的表征加人30mL无水苯,在磁力搅拌下使其溶解。2,1.1聚乙二醇-烟酸酯红外光谱分析:Fig.1将溶解的聚乙二醇滴加至苯甲酰氯中加毕,缓为FEG烟酸酯的R谱图在123.66cm处慢加入30mL的三乙胺氮气氛下磁力搅拌,出现较强的羰基吸收峰证明产物中有酯基存于8℃油浴下回流24h,待反应结束后,滤除在;1591.9cm,1468.08cm,1343.82沉淀物滤液浓缩,用无水乙醚沉淀得粗产物;cm为吡啶环上的C-H伸缩振动;28895粗品用苯溶解放置过夜抽滤除去不溶物,滤cm为C-H伸缩振动:11.0m-1为C液浓缩无水乙醉沉淀;重复三次,真空干燥至O-C反对称伸缩振动。恒量得精制后的产物,收率80%2.1.2聚乙二醇烟酸酯核磁氢谱分析:Fig,21.4聚乙二醇对硝基苯甲酸酯的合成为PEG烟酸酯的HNMR谱,89.2、8.7、8.31.4.1对硝基苯甲酰氟的合成:取对硝基苯甲7.4为吡啶环质子峰;84.5、3.8为与酯键直接酸1.67g(10mnol),于50mL圆底烧瓶中,在相连中国煤化工-中的质子磁力搅拌下慢慢滴加二氯亚砜3mL(40峰;CNMHG2)2中H质子mmo),滴加完毕,90℃油浴,反应6h,反应有峰。第1期宋春梅等:聚乙二醇修饰小分子药物的新方法(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮等多数有机溶剂。尤其重要的是,改善了烟酸的水溶性。室温下1g烟酸溶解在60mL水中,实验表明,1gPEG烟酸酯室温下能溶解在0.5mL水中,提高了烟酸的水溶性,便于口服后人体吸收。30001000Fig.1 The IR spectrum of PEG(nicotinic acid)300020001000Fig 4 The IR spectrum of the product of DMSO as solvent2.2聚乙二醇-烟酸酯的合成条件聚乙二醇的酯化有广泛的用途。本文通过聚乙二醇与酰氯化后的小分子药物反应,产物Fig 2 TheH-NMR spectrum of PEG(nicotinic acid)收率高且易提纯,但均有HC生成,故在第二2.1.3聚乙二醇烟酸酯的DSC谱图分析步反应中引人三乙胺,与生成的HC成盐,避Fg3为聚乙二醇(曲线a,聚乙二醇烟酸酯免了因HC存在而使聚乙二醇断链的可能。(曲线b)和烟酸(曲线c)的DSC谱图。从Fg本方法提高了目标产物的收率,为85%。3中看出,65℃处为纯聚乙二醇的Tm峰,与文二氯亚砜是合成反应中常用试剂,在该方献值吻合67。烟酸在2375℃处存有一Tn法的使用过程中控制二氯亚砜的用量是合成反峰存在,而聚乙二醇烟酸酯中在237.5℃处无应的关键之般是药物反应量的1~2倍吸热峰。说明烟酸已键合于聚乙二醇上,且产过多的二氯亚砜会影响氯甲酰化物的收率。物纯度高。反应温度的控制是合成的另一关键,温度取决于原料的性质,一般控制在70℃~90℃之间。需要注意的是反应结束后,将过量的二氯亚砜减压除去,以免对第二步反应产生影响。为了寻找更有效的合成工艺条件,进行了溶剂的选择实验。烟酸不溶于乙醇、二氯甲烷、THF(r.t.)等大多数有机溶剂。把第二步反应中毒性高的溶剂苯换成DMSO,合成产物用IR方法分析(见Fig4),在波数1723.66cm-附(℃)近没有出现较强的羰基吸收峰,证明没有酯键生成,说明此产物不是目标产物。这是由于Fig 3 Differential scanning calorimetry(DSC)curves of(a)PEG4000(b) PEG-( nicotinic acid),(c)DMV凵中国煤化工VO不能作为此CNMHG剂相比易于挥2.1.↓PEG烟酸酯的溶解性能:PEG烟酸酯发,最终选用苯作为溶剂,为界面反应。可溶于四氢呋喃(TH)、N,N二甲基甲酰胺3结论146高分子材料科学与工程2008年本文采用偶联剂二氯亚砜将小分子药物氯甲酰化,然后将其以可降解的酯键键合到聚41 Sadzuka y, Sugiyama I,TwnT,aa.,mrJ乙二醇上,反应十分完全。本方法提高了目标[5] Lele B S, Hoffman A S.I. Control Release, 2000, 69修饰物的收率,而且键合率高,成本低。可适应于带有羧基且不含于扰基团的小分子药物的(6]MhmD,Ugal, Ridell A.,sal. Polyme,200,4PEG修饰。用PEG修饰过的烟酸,水溶性提12210高[7] Zheng L, Wang Y Z, Yang KK, ef aL. European Poly-参考文献:[8]邢其毂( XING Q-yi),徐瑞秋( XU Runi-qiu),周政[1 Greenwald R B, Choe Y H, McGuire ], e al. J. Ad丌 HOU Zheng),等.基础有机化学( Fundamental Organanced Drug Delivery Reviews, 2003, 55: 217.ic Chemistry).北京:高等教育出版社(eing:Ad-[2] GreenwaldR B. I. Control Release, 2001, 74: 159vanced Education Press),第2版( Edition2),200[3] Francesco M V, Gianfranco Pasut. DDT, 2005,10The New Method of PE Gylated Chemical MedicineSONG Chun-mei, ZHUANG Xiao-lu, XIE Mei-ran, ZHANG Yi-qunDepartment of Chemistry, East China Normal University, Shanghai 200062, china)ABSTRACT: In this paper, nicotinic acid, benzoic acid and p-nitrobenzoic applied in clinical were usedas the model drugs. Small molecular drugs with carboxyl were PEGylated via degradable ester bondsby two-step process. The yield of products were 80%-85%. The small molecular drugs will be released by the degradation of ester bonds. The macromolecular prodrugs were characterized by IR,'HNMR and DSC. The results suggeste that small molecular drugs are conjugated to PEG. Products aredissolvable in most organic solvents such as CH2C2、THF、(H3CHOH、CHO3、 CH3COCH3、DMF、DMsO. The solubility of the products has been improved in aqueous solutions. The example of PEg(nicotinic acid )2 had been discussed detailedlyKeywords: polyethylene glycol; nicotinic acid; small molecule drugs; modification; two-step process中国煤化工CNMHG