脂酰苯丙氨酸甲酯同系凝胶因子的合成及凝胶性质考察

王晓明 秦凌浩 吴进锐 胡巧红

自组装超分子凝胶是一类通过凝胶因子分子间相互作用而形成的新型凝胶体系。在该体系中，凝胶因子主要通过分子间氢键、π-π堆积、范德华力、疏水作用力等非共价键相互作用以特定的分子构型排列，当体系温度降至凝胶相变温度以下时，自发聚集组装形成线状、纤维状超分子结构，进而相互缠绕形成三维网络结构，这种结构可以使大部分中等极性和非极性的溶剂凝胶化，使体系由液体转变为半固体凝胶［1－5］。这种超分子凝胶具有无毒、无组织刺激性、生物相容性的优点，可使药物达到长效缓释的作用，并且可避免传统原位凝胶作为药物载体时产生的突释、组织刺激性等副作用以及高分子材料降解产物对药物稳定性的影响［6］。近年来这种超分子凝胶作为药物缓释载体受到越来越多的关注。本文选择苯丙氨酸甲酯为起始原料，通过与肉豆蔻酰氯、棕榈酰氯、硬脂酰氯反应，合成一系列可生物降解的脂酰苯丙氨酸凝胶因子，对该类凝胶因子的结构进行表征，并对其凝胶化性质进行考察，为其作为长效释药载体提供必要的研究基础。

1 仪器与材料

1.1 仪器 Spectrum100傅立叶变换红外光谱仪(PerkinElmer)，AV-500MHz核磁共振波谱仪(瑞士布鲁克拜厄斯宾有限公司)，micro TOF-Q飞行时间质谱仪(德国Bruker公司)，X-6显微熔点测定仪(北京泰克仪器有限公司)，85-2恒温磁力搅拌器(常州澳华仪器有限公司)，9240MBE电热鼓风干燥箱(上海博迅实业有限公司)，HH-S数显恒温水浴锅(金坛市医疗仪器厂)。

1.2 材料 L-苯丙氨酸甲酯盐酸盐(上海凯赛化工有限公司)，肉豆蔻酰氯、棕榈酰氯、硬脂酰氯(无锡贝诺精细化工有限公司)，一级大豆油(广州粮油工业有限公司)，三乙胺(天津市富宇精细化工有限公司)，三氯甲烷(衡阳市凯倍化工试剂有限公司)，丙酮、盐酸(广州化学试剂厂)，无水硫酸镁(天津市百世化工有限公司)，碳酸氢钠、氯化钠(广州市金华大化学试剂有限公司)。

2 方法与结果

2.1 凝胶因子的合成 以苯丙氨酸甲酯为母核，肉豆蔻酰氯、棕榈酰氯、硬脂酰氯为酰化剂，通过氮酰化反应形成酰胺，制得 C14-L-Phe-OMe、C16-L-Phe-OMe、C18-L-Phe-OMe，反应式如图1。

图1 脂酰苯丙氨酸凝胶因子的反应式

［6］方法，精密称取L-苯丙氨酸甲酯盐酸盐(0.065 ～0.075 mol)，置于 250 ml三颈瓶中，加入三氯甲烷100 ml，密闭，于搅拌条件下加入三乙胺(0.13 ～0.15 mol)，继续搅拌30 min。精密称取肉豆蔻酰氯(0.055～0.065 mol)，与适量三氯甲烷混匀后，缓慢滴加到上述三颈瓶中，于氮气保护下回流反应过夜。反应结束后，依次用蒸馏水、饱和NaCl溶液、饱和NaHCO3溶液、1 mol/L盐酸溶液及蒸馏水洗涤萃取，收集有机层并加入一定量的无水MgSO4静置约2 h，进行干燥。干燥后过滤，滤液置通风橱中挥干，得白色粗品，再加入适量的丙酮重结晶，挥干溶剂后得白色针状固体即为 C14-L-Phe-OMe。C16-L-Phe-OMe、C18-LPhe-OMe同样按上述方法进行合成，分别得到白色针状固体和白色块状固体。最终三种凝胶因子的产率分别为:51.5%、73.4%、52.6%。

2.2 凝胶因子的结构确证 将上述三种同系物凝胶因子通过IR、1H-NMR、MS进行结构表征。由图可知:(1)IR图谱(KBr压片法)中出现特征峰:3 339.08·cm－1(υNH)、1 648.60 cm－1(υC=O)、1 528.67 cm－1(βNH)、1 265.75 cm－1(υC-N);(2)1H-NMR 图 谱(500 Hz，MeOD)中出现以下特征峰:0.882 ～0.909(t，3H，CH3)、1.285 ～ 1.512(m，30H，CH2)、3.298 ～3.311(m，3H，COOCH3)、3.655 ～ 3.685(m，1H，ARCH2CHNHCO)、4.888(s，1H，NH)、7.191 ～ 7.280(m，5H，ArH);(3)MS图谱(CHCl3)［M+Na］+中出现质子信号:m/z 440.3066。根据 IR、1H-NMR、MS 图谱可以认定，所得产物为目标产物。见图2～4。

图2 C16-L-Phe-OMe的红外光谱图

图3 C16-L-Phe-OMe在MeOD中的1H-NMR谱(500 MHz)

图4 C16-L-Phe-OMe的质谱图

2.3 熔点测定 用X-6显微熔点测定仪测定C14-LPhe-OMe、C16-L-Phe-OMe、C18-L-Phe-OMe 的熔点。程序设定从25℃开始升温，升温速度为1℃/min，通过仪器放大镜观察样品熔融情况，连续测定3次。见表1。

表1 3种凝胶因子的熔程

2.4 相转变温度的测定参考文献［7］方法，测定三种凝胶因子在一级大豆油中的溶胶-凝胶转变温度(θSG)和凝胶-溶胶转变温度(θGS)。

2.4.1 溶胶-凝胶转变温度(θSG)的测定:在试管中分别配制一系列不同质量浓度的三种凝胶因子的一级大豆油溶液。将试管置于恒温水浴中，采用反置试管法测定其θSG。即从50℃开始，恒温15 min后将试管倒置，若有液体流动，则判定其未形成凝胶，若无液体流动，则判定已形成凝胶，凝胶温度为当前温度与上一温度的中间值。降温速率为2℃/min，每次降温后均恒温15 min，再将其倒置。依此类推，测定所有质量浓度溶液的θSG。当质量浓度低于300 g/L时，三种凝胶因子在一级大豆油中的θSG均未达到体温37℃;当质量浓度达到300 g/L时，C16-L-Phe-OMe的 θSG达到了37℃。由此可见，C16-L-Phe-OMe的胶凝能力最强。见图5。

图5 不同浓度的各种凝胶因子在一级大豆油中的θGS(n=3)

2.4.2 凝胶-溶胶转变温度(θGS)的测定:在试管中分别制备一系列不同质量浓度的三种凝胶因子的一级大豆油凝胶。将试管置于恒温水浴中，采用反置试管法测定其θGS温度。即从0℃开始，恒温15 min后将试管倒置，若有液体流动，则判定其未形成凝胶，若无液体流动，则判定已形成凝胶，凝胶温度为当前温度与上一温度的中间值。升温速率为2℃/min，每次升温后均恒温15 min，再将其倒置。依此类推，测定所有质量浓度凝胶的θGS。当质量浓度为100 g/L时，三种凝胶因子的θGS均未达到37℃，200 g/L时，C16-L-Phe-OMe和C18-L-Phe-OMe的 θGS达到37℃，而在300 g/L时，所有凝胶因子的θGS都达到37℃。同一质量浓度下，C16-L-Phe-OMe 的 θGS最高，C14-L-Phe-OMe 的 θGS最低，说明三种凝胶因子的胶凝能力大小顺序是:C16-L-Phe-OMe＞C18-L-Phe-OMe＞C14-L-Phe-OMe。见图6。

图6 不同浓度的各种凝胶因子在一级大豆油中的θGS(n=3)

2.5 凝胶因子碳链长度对成胶性能的影响 精密量取一级大豆油1 ml，置于具塞试管中，加入凝胶因子适量，于70℃下加热至完全溶解。待溶液冷却至37℃，将各试管倒置，若无液体沿试管壁流下，说明已形成凝胶，则加入适量油，重复上述步骤;若未形成凝胶，则加入适量的凝胶因子，重复上述步骤。以此类推，平行测定3份，最终测得三种凝胶因子在一级大豆油的最低胶凝浓度(mininal gelatin concentration，MGC)，以考察同系物中不同碳链长度对溶剂成胶能力的影响。C16-L-Phe-OMe的最低胶凝浓度最小，其胶凝能力最强。见表2。

表2 37℃时凝胶因子在一级大豆油中的最低胶凝浓度 g/ml

2.6 凝胶因子在不同温度时的胶凝性能考察 分别测定 C14-L-Phe-OMe、C16-L-Phe-OMe和 C18-L-Phe-OMe在37℃、40℃、45℃、50℃、55℃时在一级大豆油中的最低胶凝浓度。对于超分子凝胶体系，其凝胶因子浓度的对数值(lnC)和凝胶相变温度的倒数TGS－1呈线性关系并符合以下公式:

其中C为凝胶因子浓度，ΔH为凝胶-溶胶相变过程的焓变，TGS为凝胶-溶胶相变温度，R为气体常数。根据不同温度下三种凝胶因子的浓度求出上述方程，并进一步对焓变进行分析。见表3。

表3 3种凝胶因子的焓变

3 讨论

本文合成了三种可生物降解的脂酰苯丙氨酸甲酯同系凝胶因子，并确证了其结构，考察了其在一级大豆油中的胶凝特性及成胶能力。结果表明，该系列凝胶因子具有很好的成胶性能。此外，相转变温度、最低胶凝浓度及胶凝焓变的结果均表明，C16-L-Phe-OMe的胶凝能力最强。碳链较长的C18-L-Phe-OMe的最低胶凝浓度反而要高于C16-L-Phe-OMe，说明碳链的长度与凝胶因子的凝胶性能并非持续正相关。

本课题组前期合成了十四酰丙氨酸甲酯、十六酰丙氨酸甲酯、十八酰丙氨酸甲酯三种同系凝胶因子，并测得其在大豆油中的凝胶相变热焓 ΔH分别为74.74 kJ/mol、51.70 kJ/mol和 61.61 kJ/mol，说明十六酰丙氨酸甲酯的胶凝能力最强［8］。也得出与本文一致的“碳链长度与凝胶因子的凝胶性能并非持续正相关”的结论。本结果可以看出，当碳链长度为14、16时，由于苯环的存在使得凝胶因子的相变热焓明显降低，说明同一温度下，破坏不含苯环的凝胶因子所形成的凝胶要比破坏含有苯环的凝胶因子所形成的凝胶需要更多能量，预示着苯环的存在所造成的空间位阻或许对氢键效应有所影响;而当碳链长度达到18时，苯环对凝胶因子的成胶特性几乎无影响。

本文合成的一系列脂酰苯丙氨酸凝胶因子中，相同质量浓度下，C16-L-Phe-OMe的相转变温度最容易达到37℃;熔程范围最窄，纯度最高;最低胶凝浓度最小，胶凝能力最强，有望作为一种局部给药的长效释药载体。

参考文献

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7 冯桂龙.超分子凝胶体系内小分子的传质与扩散研究.华中科技大学，2008:34.

8 叶连宝，秦凌浩，王晓明，等.脂酰丙氨酸酯同系凝胶因子的合成与成胶因素的评价.第三军医大学学报，2012，34:1397-1399.