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Elastomer片段序列的合成及其共价成胶的探索开题报告

 2022-01-05 09:01  

全文总字数:8283字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

elastomer是弹性体,它只是在弱应力下发生显著形变,当应力松弛后能迅速恢复到接近原有状态和尺寸的高分子材料,根据是否可塑化可分为热固性弹性体、热塑性弹性体两类。其中热塑性弹性体(tpe)在常温下显示橡胶弹性,在高温下能够塑化成型的高分子材料。

水凝胶是以水为分散介质的凝胶,它一部分是亲水基团与水分子结合,将水分子连接在网状结构的内部,另一部分是疏水基团遇水膨胀的交联聚合物。凡是亲水性的或者水溶性的,都可以通过一定的物理或者化学交联形成水凝胶。水凝胶含有大量的结构性水,因此与人生体内的大分子化合物具有相似的结构,具有很好的生物相容性。水凝胶主要应用于人体组织工程和药物释放系统,目前智能型水凝胶广泛应用于生物医药领域,它是一种能明确应答外界环境变化的水凝胶,主要是提高水凝胶的可降解性能、热力学性能等方面的作用。

生物界中具有大量的由软组织组成的器件,具有良好的生物稳定性与优异的力学性能。其中,弹性体和软组织结构类似。但是,弹性体的制备非常昂贵,同时,弹性体材料的稳定性也很重要。我们希望能够通过向天然弹性体的结构与序列的学习,通过化学方法制备类似弹性体的弹性材料,在不改变其生物相容性的基础上,简化此类材料的组成,并能探索设计制备这类材料的一般规律。

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2. 研究的基本内容

通过多肽固相合成的方法合成 Elastomer片段序列,为利于形成具有重复单元的高聚物,在所得多肽的N端我们引入了马来酰亚胺基团,可用于与巯基发生特异性反应而发生分子间高聚。我们计划合成两个多肽序列,一个含有Elastin的重复序列:MalG-VPGVGC,另一个则是在几种Resilin蛋白中均发现的多肽序列:MalG-YGAPG。在获得这些多肽后,我们将摸索其共价交联的条件以制备水凝胶,并将进一步表征其结构及性状。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

一、 实验方案及原因:

(一)先以顺丁烯二酸酐(马来酸酐)()作为原料,合成N-甘氨酸马来酰胺酸,再脱水闭环合成N-甘氨酸基马来酰亚胺。

(1)将一定量的马来酸酐、甘氨酸和醋酸混合然后再惰性气体下反应16个小时。

(2)反应混合物在冷却之前回流8个小时。

(3)在真空下除去溶剂。

(4)产品统一进行柱层析分离。

(5)产品部分旋蒸。

(6)干燥2个小时后收集最终产物,保存备用。

(二)合成多肽链

(1)树脂上接第一个氨基酸。

1.一定量的树脂和Fmoc()保护的第一个氨基酸及DIPEA( N,N-二异丙基乙胺,活化羟基),室温混合搅拌1h(用的是Fmoc保护这种方法)。

2.用DCM(二氯甲烷,惰性溶剂,有很强溶解性,除去未反应在树脂上的反应物):甲醇(CH3OH):DIPEA=17:2:1溶液缓慢过滤三次,每次40ml。

3.用DMF(N,N-二甲基甲酰胺,惰性溶剂,有很强的溶解性,除去未反应在树脂上的反应物)和DCM交错洗涤过滤各三次每次20ml,最后用DCM洗涤。

4.真空抽干。

5.测bead loading。

(2)树脂溶胀

1.溶胀树脂(用10mlDMF,静置至少30min)。

2.滤去DMF。

(三)依次上氨基酸

(1)脱去Fmoc:

①加入5ml20%哌啶(,去氨基保护基团)DMF振摇5min,滤去后用5mlDMF洗三次。

(哌啶起作用:

②再重复①两次。

③用5mlDCM洗三次。

④用5mlDMF洗三次(换新头)。

(2)上氨基酸:

①将上的Fmoc保护的氨基酸和HBTU(O-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸酯,促使形成肽键)、DIPEA、DMF,混合于10ml小烧杯中,超声溶解。

②将混合物加于树脂中振荡2h。

③滤去DMF。

④用5mlDMF洗三次。

⑤用5mlDCM洗三次。

(3)重复(1)(2)分别上氨基酸。

(最后上MalG时不需要脱Fmoc)

(四)脱树脂

1.用30ml20%TFA(三氟乙酸CF3COOH)/DCM至室温搅拌两小时(第二个序列,需再加1ml三异丙基硅烷)。

2.过滤除树脂,用DCM洗涤树脂,收集滤液。

3.旋蒸除溶液。

4.加入冰乙醚沉淀多肽。

5.过滤的产物、干燥。

(五)过柱子

1.准备柱子。

2.塞下棉花(防砂漏掉)。

3.柱子放架子上,用试管测高度,并保证柱子垂直,倒英砂(SiO2,防硅胶漏掉)侧两边高度。

4.下边换接烧杯,加入硅胶,再用DCM冲洗盛硅胶的瓶子和柱壁。

5.开口下流,上部盖上盖(有充气装置),充气使溶液下流,使从上到下的第二个液面不漏出时停止下流。

6.加入一定量的DCM清洗一遍(主要去除硅胶中的气泡)再打开漏斗使其滴下且第二液面不漏出。

7.沿球形内壁加下产物,使其下流使产物和硅胶联合,加入石英砂保护产物不因加入液体而受冲击。

8.用DCM冲洗剩下的压到产物于硅胶下1-2mm。

二、进度安排

规划进度,分为以下部分:查阅文献、设计准备、论文写作、交阅初稿、修改、设计定稿、制作幻灯片、幻灯片定稿、论文答辩等事项。

2017.11-2017.12,并对实验内容细化。详细讲解实验目的内容。跟指导老师交流探讨并指导实验中的相关物品、操作、注意事项等。

2018.1:查阅文献,完成毕业论文开题报告。

2018.3:准备好实验所需资料,开始实验。 对设计中遇到的一些问题向指导老师求解答疑。

2018.4:实验中得到各种产物并测定相关性质。进行实毕业设计正文的撰写,进行数据处理,画图工作。

2018.5:上交毕业设计的初稿,让老师指导并帮助修改毕业设计。

2018.6:上交修改后的设计,审阅后定稿,制作PPT幻灯片。

2018.6:进行 PPT幻灯片审阅,幻灯片定稿,交流答辩注意事项,准备答辩。

三、预期效果

已经行部分实验,并得到相应产物并得到其质谱图和高效液相色谱图

1. MalG-VPGVGC 质谱图 (C28H41N7O10S667.73g/mol) 高效液相色谱空白和产物的对照

2. MalG-YGAPG 质谱图(C27H32N6O10600.58g/mol) 高效液相色谱图空白和产物的对照

四、合成反应流程图

(1)MalG-VPGVGC

(2)MalG-YGAPG

4. 参考文献

[1] yamashita s, kodama k, ikeda y, et al. chemical modification of butyl rubber. i. synthesis and properties of poly(ethylene oxide)-grafted butyl rubber[j]. journal of polymer science part a polymer chemistry, 1993, 31(10):2437–2444.

[2] cameron g g, qureshi m y, rudin a. chemical modification of polydienes, 3. copolymers with polytetrahydrofuran by grafting-from butadiene polymers[j]. die makromolekulare chemie, 1986, 187(12):2763–2774.

[3] lee d, kim j, suh k. amphiphilic urethane acrylate hydrogels: ph sensitivity and drug‐releasing behaviors[j]. journal of applied polymer science, 2015, 72(10):1305-1311.

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