应用于组合化学的聚砜成膜材料的携胺基改性

应用于组合化学的聚砜成膜材料的携胺基改性

摘 要

本文以聚砜为起始材料，通过氯甲基化反应，经盖布瑞尔法合成出携带胺基亲和膜材料；实验测定了携胺基聚砜作为固相载体清除剂的各项性能，用相转化法制备出携胺基聚砜滤膜。通过红外光谱分析，表明已合成出携胺基聚砜；确定了聚砜携胺基改性的适宜条件和最佳合成步骤；初步探讨了携胺基固相载体对醛、酰氯等在组合化学中作为常用试剂的吸附性能。

关键词：组合化学；固相载体；携胺基改性聚砜

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Abstract

In this paper how to synthesize affinity-membrane materials which were based on polysulfone (based on the chloromethylation -polysulfone ,in fact )was discussed, and most capabilities of carrying- amidocyanogen- polysulfone which was used as a solid phase carrier-scavenger were tested, also using some manufacture to prepare affinity-membrane. By the infrared ray spectrogram testing,the existance of amidocyanogen was proved．As a result, we studied the equal condition and the best synthesis process. Moreover，a very important thing is we pilot study carrying amidocyanogen- solid phase carrier have an important action in absorbing aldehyde and acyl chlorine in combinational chemistry.

Key words: combinational chemistry; solid phase carrier; Carrying-amidocyanogen-polysulfone

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第一章 前言

人类作为一种生物面对疾病总是处于一种不想遭遇却又无可逃避的尴尬境地。但由此却让药物化学成了一种既能造福人类，又可自己获利的产业。据估计，现今医药业的全球产值已达4000亿美元。但是，统计表明，世界上每制备一个新的化学实体约需7500美元；而成功推出一种新药上市更需消耗10亿美元及十年时间。可见传统的研究方法造成的巨大投入已严重制约了新药的开发，人类需要一种更快速更高效的方法来进行药物研制，于是组合化学便应运而生了。组合化学是一种集约型的概念，并非限于单纯的化学范畴，它涉及了有机化学，药物化学，分子生物学，计算机化学，固相合成，高通量合成——HTSy, （注意，此两点正是本课题介入的领域）高通量筛选——HTSc及结构识别方式等多种学科及新技术。与传统有机合成相比，其基本特点便是具有相同功能基（如—NH2、—CHO）的多种构件同时进行成键反应，从而生成多种产物。这样根据构件的

投入形式不同，组合化学反应有可分为平行合成和组联合成两大类，见下图一：

图一三种合成方法的特征比较[2]

例（一种胺和一种酸生成一种酰胺）（一种胺和n种酸生成n种酰胺）（m种胺和n种酸生成mn种酰胺）

如此，一次合成多种产物即高通量式的合成便是组合化学的第一特征。其第二特征便是活性筛选的高通量化。高通量的合成必须有高通量的筛选来配合否则前者就失去了意义。高通量筛选的最基本特点是它所面对的样品是成千上万中化学实体的混合物而非一种单纯的化合物。所以其筛选效率是常规筛选无法比拟的。组合化学得的第三特征是最简化分析原则，即对筛选化合物采用后分析、少分析或无分析的方式。

以上三点不仅是组合化学的三个明显特征还是其缺一不可的三个主要环节。 可见组合化学技术的整体运作与传统方式有很大差异。以下图二为例我们便可以感性了解组合化学的高效，即它能让医药科学（生命科学与生物工程）产生

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飞跃性进步的原因所在。假设优化一个先导结构的命中率为四千分之一，那么“合成一个，筛选一个，分析一个”的经典做法需要投入4000千次全套操作；而组合技术将其转化为一次操作。

经典方式 合成4000次→ 产物4000个→ 结构分析4000次→活性筛选4000份↘

候选药 候选药 组合技术 合成一次 → 产物4000个 → 活性筛选1-10份↗→ 结构分析一次↗

图二经典合成与组合技术的效率差别[2]

组合化学的三个环节都值得深入研究，但限于人力和物力及组合化学的学科层次，本课题组只能对开端——第一环节的部分内容进行研究，万事开头难，相信这一步走好了，会对后续研究带来极大便利。

在对组合化学的研究过程中本课题组发现组合化学还有由其本身特性引起的另一重要特征——其对固相载体的依赖程度要远远高于传统化学，组合化学能否高效率进行很大程度上取决于此。所谓固相载体就是一些本身并不参与反应，但为反应物提供某种依托最终方便生成物或反应物脱离体系的固形物。组合化学反应合成本身可分为固相组合合成，液相组合合成，固液相联用三类，实际上不管对哪一类反应，固相载体都必不可少。

我们先以固相组合合成为例来说明固相载体在组合化学中的重要作用。所谓固相组合合成就是指固相载体间和构件与试剂反应。在固相合成中，由于构件（目标结构产物）和每步生成的产物均键合在固相载体上，而试剂在溶剂中，因此反应完后只要过滤——洗涤——再过滤的操作[2]，就将经典液相合成中复杂的分离纯化等步骤简化成了一个“捞出”的动作。而液相组合和固液联用并无鲜明的界限，仅有少量的液相组合反应确实不用固相载体。在所有需要固相载体的此两类反应中，固相载体的主要作用是固相清除剂、固相捕获剂和固相试剂三种。下面我们对连同固相合成在内的固相载体的四种功能进行一一详述。 例如：

我们要合成一个带—NH—的产物，我们就可以选择一种带—NH2的固相载体与多种含同一官能团的不同试剂的混合体进行反应，然后将带着产物的固相载体捞出，再以酸解，皂化，氨解以及光解等方式将带—NH—的产物切割下来，再进行后续的筛选分析等工作。

再以带—NH2固相载体为例，我们还可以将其应用在液相组合合成反应中过量试剂的清除工作中，试剂与固相载体上的—NH2反应，然后连同固相载体被捞出以达到清杂的作用。

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例：捕获树脂 可清除的化合物 生成的产物

载—CH2NH2 RCOCl ○载—CH3NHCOR ○

载—CH2NHSO2R RSO2Cl ○

载—CH2NHCONHR RNCO ○

+-载—CH2NH3O2CR RCO2H ○

图三捕获树脂的清除反应[2]

至于捕获剂，原理大至于清除剂相同，不同之处在于上步的杂质成了下步的中间产物，待其随固相载体被捞出后还要进行后续反应。

固相试剂实际上是与固相反应完全相对的一种方法，它的试剂被键合在固相载体上，而目标结构产物在溶剂中，在此反应中固相试剂完全过量，这样可以让目标结构物接近定量转化，还能阻止过量试剂转化出副产品。

如此看来，固相清除，固相捕获，固相试剂实际上和固相反应同出一理，即，将某物依附于固相载体，将复杂的分离提纯简化成了一个“捞出”动作。这也就引出了本课题的意图，本课题旨在选择合适的固相载体，在固相载体上键合一个—NH2这样一个功能体，将其引入组合化学，以方便组合化学合成反应中分离操作的进行。

我们可以先将携某一功能体的固相载体分离过程简化为如下图的步骤：

图四固相载体亲和分离过程 [4]

先将固相载体1进行活化，使其与间隔臂分子2（可能携带功能基团）产生化学结合，生成带间隔臂的固相载体3，再用适当的试剂是带间隔臂的固相载体与具有某种特异性的亲和配基4（功能体）共价结合生成带配位基的固相载体5，当一个多组分大分子混合体与固相载体接触时，混合体中与亲和配基具有特异性相互作用的物质7便会与固相载体上的配位基产生相互作用，生成络合物8，其

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余与配基无特异性相互作用的物质9则被分离出。

至于固相载体应以何种外形存在，考虑到组合化学多应用于生命科学和生物工程，其大分子纯化相当困难，一脱离生成环境升高温度或与异物（某些金属、溶剂、载体）接触，就容易改变构相失去活性的特点，本课题组认为固相载体参与组合化学的最好形式应该是膜。所谓膜就是两相之间的一个不连续区，其可对双组分或多组分体系进行分离，分级提纯或富集[4]，在分离中就膜本身而言有以下优点：1.在提供最大表面积的同时保证载体是一个整体，因此便于两相的隔离和产物的“捞出”。2.有很多微孔实际表面积比宏观表现得要大得多。3.能使要分离的物质缓慢均匀的通过，使分离进行的最彻底。4.分离过程一般只需要不大的压力，不用加热，也不引入新的杂质。

可普通膜的多孔未必能留得住合适的大分子，如果能与组合化学中的一些技术结合则不失为一种两全其美的手段。

我们可将活化后的固相载体制成膜，那些对大分子有特异性和选择性的功能基团遍布满了膜的表面和微孔壁。这样的膜就叫亲和膜。我们可使要分离的物质在压力的驱动下缓慢通过专门设计的膜分离器，与膜上以固载化的功能基团产生亲和相互作用，将它们保留在膜上。由于膜多孔床上亲和功能基团和液流之间扩散路径极短，传质速率极快，一般不会产生严重的涡流和紊流，因此可以有效利用膜上固载化的亲和基团，并加快分离时间，一次循环只需几分或数十分。以上种种免去了膜分离和亲和分离的种种弊端，比传统分离更见优势。

我们还要确定的是指亲和膜的固相载体的基本材质。它必须满足以下要求：1.良好的成膜性能制备出孔径均匀，有良好通透性的膜。2.有优良的化学反应性能，分子上含有像羟基（—OH），氨基（—NH），巯基（—SH），羧基（—COOH）等可反应的功能基团。3.有良好的化学稳定性，能耐酸、碱、盐，耐各种有机溶剂。4.机械强度好，能经受住搅拌及在压力作用下的操作。5.能经受住细菌的攻击，可耐化学或高温除菌的苛刻条件。6.对各种生物活性物质，如蛋白质、酶、多肽等相容性好，不会引起它们的失活变性和构型变化。

聚砜则是一种最接近要求的材料。

聚砜Polysulfone;PSF 学名聚双酚A-4，4-二苯基砜，浅黄色透明固体，无定形热塑性树脂，玻璃化温度（tg）190℃，最高使用温度达150-160℃，短时可达195℃,在-100℃可长期使用，密度1.24g/cm3,能耐酸，耐碱，耐脂肪烃溶剂，溶于芳香烃、卤代烃，二甲基亚砜等溶剂，具有良好的耐热-耐低温性。高硬度、高冲击强度，突出的抗蠕变性与尺寸稳定性。用4，4，-二氯二苯酚与双酚A的钠盐在二甲基亚砜或环丁砜中缩聚而成[5]。

显而易见的是它无亲水和可直接固载化大分子的功能基团。因此给它接上这

，

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样的功能基团就成了本课题的关键和难点所在。

本课题采用公认的改性聚砜的方法——氯甲基化—胺化法。（先给聚砜接一个氯甲基，再去氯胺化。详见反应过程部分。）

最后需要强调的是本课题仅限于完成携功能体的固相载体合成的1-3步，即给聚砜安带功能基团的间隔臂。而且也不能称其为严格意义上的间隔臂，因为它未达至少三个原子的长度，在遇到分子量很大的生物分子时，生物大分子便不能克服本身的立体结构去接近载体上的功能基团产生亲和相互作用。但即便能成功完成这几步，也可算是完成了亲和膜技术的几大步，因为完成这几步产物所制的亲和膜在分离小分子方面已相当于完成了全过程，再以携胺基的固相载体为例，若有了—NH2则续接更长的间隔臂和加亲和配基都不再是难题。

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第二章 实验部分

1.1 试剂及仪器设备

1.1.1 试剂

以下是本试验所用到的各种试剂和药品。

表1-1试剂和化学药品

序号 1 2 3 4 5 6 名称 聚砜（PSF） 二氯甲烷 氯甲醚 无水氯化锌 甲醇 规格 n=0.55~0.6 分析纯 分析纯 化学纯 分析纯 供应厂家 上海曙光化工厂 天津市化学试剂三厂 南大化工厂 天津市化学试剂三厂 天津市化学试剂三厂 天津市化学试剂三厂 N-N,二甲基甲分析纯 酰胺 7 N-N,二甲基乙分析纯 酰胺 天津市大茂仪器供应站 8 邻苯二甲酰亚化学纯 胺 上海试剂一厂 9 10 11 12 13 14 15 16

氢化钠 水合肼80% 无水乙醇 氯化乙酰 苯甲酰氯 戊二醛50% 苯磺酰氯 甲基硅油 分析纯 分析纯 分析纯 化学纯 分析纯 分析纯 化学纯 分析纯 天津市环威精细化工有限公司 天津市科密欧化学试剂开发中心 天津市北方化玻购销中心 上海佘山化工厂 天津市福晨化学试剂厂 天津市文达稀贵试剂化工厂 上海亭新化工试剂厂 天津市文达稀贵试剂化工厂 - 8 -

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1.1.2 仪器设备 以下是本实验所用仪器

表1-2本实验所用仪器

序号 1 2 名称 型号规格 供应厂家 电动搅拌器 S361 天津市微型特种电机厂 北京长安科学仪器厂 电热恒温水浴HHOS11-2 槽 3 4 5 架盘天平 分析天平 HC-TP-12 DT-100 天津市天平仪器有限公司 北京市光学仪器厂 天津市中环试验电炉有限公司 电热真空干燥ZK-35BS 箱 6 7 万用电炉 —— 河北省黄骅市卸甲电器厂 郑州杜甫仪器厂 循环水多用真SHB-26 空泵 8 磁力加热搅拌79-1 器 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司 9 10 节电控温器 TPC-A 遵化市华通电子工业公司 天津市二十八种仪器厂 电动搅拌机调7041 速器 11

红外光谱仪 VELTOR22 德国BRUKER公司 - 9 -

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1.2 聚砜的氯甲基化和胺化

整套工艺流程反应方程式

聚砜氯甲基化

O[SOOCH3CCH3O[SOOClH2CCH3CCH3O]nCH2ClO]n+ClCH2OCH3二氯甲烷（作溶剂）ZnCl2a

氯甲基聚砜去氯叔胺化

OCNHCOCH3OClH2C[CCH3OSOOCOH2CNCOO]CH2ClCH3CCH3OCO]CH2NCOnn+O+NaHDMFCNNaCOCNNaCO+H2OO[SODMFo100Cb

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聚砜伯胺化

b+NH2NH2.H2O70C,回流24h0O[SOOH2NH2CCH3CCH3O]nCH2NH2+OCNHCNHOc

1.2.1 聚砜氯甲基化的目的

聚砜氯甲基化是一项较为成熟的技术，—NH2在甲基上替换—Cl也较在受共轭效应和聚砜上高价硫影响的苯环上容易得多，因此这一步是为聚砜携胺基做准备。而且产物中的—CH2—一定程度上还起间隔臂的作用。

1.2.2 聚砜氯甲基化反应部分 见整套工艺流程氯甲基化部分

1.2.3 聚砜氯甲基化反应装置图

图五 聚砜氯甲基化反应装置图

1.——电动搅拌器 2.——球形冷凝管 3.——温度计（100℃） 4.——水浴锅 5.——三口烧瓶 6.——滴液管

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（反应达一定温度时，以装有复合体的滴液管换上温度计，滴完后再换回温度计）

1.2.4 实验进行过程

取20g氯甲醚和2.3g无水氯化锌在锥形瓶中配制成复合体，待他们完全相溶后称取20g在60℃烘箱中烘过4-5小时的聚砜原料，将干燥的玻璃仪器按图1-1装好。将聚砜置入三口瓶中，再倒入150ml二氯甲烷使其溶解，开始搅拌加热，待温度达40℃时，撤下温度计换上滴液管，让复合体缓缓滴下（此滴加过程约耗时40分钟），此时可以观察到瓶中的液体开始变浑浊。此时计时开始，40℃恒温回流5小时。反应结束待溶液冷却至室温，将其缓缓倒入电动搅拌器剧烈搅拌的甲醇中，此时氯甲基化聚砜呈淡黄色团状物析出。溶剂二氯甲烷则溶于甲醇被一同回收。此时聚砜仍有良好成膜性，将其在80℃蒸馏水中洗涤直至无气泡冒出，置入烘箱烘干。

将烘干的氯甲基化聚砜剪成小块，溶于二甲基化甲酰胺或二甲基乙酰胺中重复其粗制品析出及水洗的的步骤便得到精制的氯甲基化聚砜。

此步反应中各物质配比和反应条件经前人验证为最佳配置，因此仅为一普通试验环节无需着重讨论 。

1.3 氯甲基化聚砜的去氯叔胺化（制成中间体）

1.3.1 氯甲基化聚砜去氯叔胺化的方法及目的

聚砜的胺化一直是一个难题，聚合物中的苯环较单体中的苯环化学性质已发生了极大的变化，芳香族化合物的胺化方法应用于聚砜往往行不通，再说伯胺性质活泼，反应跨度过大就可能转化为其他物质，因此我们可以退而求其次先将氯甲基聚砜叔胺化，在寻求伯胺化的方法。

1.3.2 氯甲基聚砜去氯叔胺化的反应方程式 见整套工艺流程去氯叔胺化部分

1.3.3氯甲基聚砜去氯叔胺化的反应装置图

与氯甲基化部分大致相同见图五

1.——电动搅拌器 2.——球形冷凝管 3.——温度计（100℃和200℃） 7.——油浴锅 5.——三口烧瓶 8.——节电控温器

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1.3.4 实验进行过程

按上图组装好干燥玻璃仪器。称取5g邻苯二甲酰亚胺使之溶于盛有100ml二甲基乙酰胺液体的锥形瓶中加入1.2g左右氢化钠直至反应至无任何氢化钠残余，此时溶液为浅黄红色（注意安全此反应相当剧烈）。称取干燥好的精制氯甲基化聚砜10g置入三口瓶，加100ml二甲基乙酰胺将其融溶。将上步制成混合液倒入三口瓶油浴搅拌加热，其间溶液大致呈青灰色，升至100℃左右时，溶液呈红色，此时计时，回流反应10小时。待回流反应结束，溶液冷却至室温重复精制氯甲基化聚砜的步骤，此不再赘述。

表2-1不同条件下中间体产物所表现的性能

序号 氯甲邻苯氢化钠 基化二甲g 聚砜酰亚g 胺g 5 1.2506 温度 ℃ 时间 h 现象 1 10 110 8 粗产品土红色 未精制而打翻 2 10 5 1.2678 100 8 溶液土红色 精制后呈块儿状 成膜性较差 3 10 5 1.4840 100 8 溶液土红色 精制后呈块儿状 成膜性较差 4 10 5 1.2400 100 8 溶液红棕色 精制后呈粉末状 成膜性较差 5 10 5 1.1900 100 8 溶液红棕色 精制后呈粉末状 成膜性较差 6

10 5 1.2486 90 - 13 -

10 溶液发红 天津工业大学2001届本科生毕业设计（论文）

产品初见较好的成膜性 7 10 5 1.2 80 10 溶液发红 良好的成膜性 8 10 5 1.2112 80 10 溶液发红 良好的成膜性 9 10 5 1.2212 80 10 溶液发红 良好的成膜性 可见氯甲基聚砜的去氯加叔胺，温度宜在80℃，且反应时间长一些好。

1.4中间体的伯胺化

1.4.1中间体伯胺化的方法及目的

在中间体与水合肼长时间冷凝回流，叔胺伯胺化。

1.4.2中间体伯胺化的反应方程式 见总反应伯胺化部分

1.4.3中间体伯胺化的反应装置 与叔胺化装置图无异

1.4.4实验进行过程

称取5g中间体置入烧杯加100ml二甲基乙酰胺使其溶解，将干燥的玻璃仪器组装好，待中间体溶解完全后将其置入三口瓶。再取50ml二甲基乙酰胺清洗烧杯，将洗液倒入三口瓶。再用移液管移入0.8ml水合肼，油浴搅拌回流加热。其间溶液由浑浊灰黄便为澄清的青灰色直至70℃再显呈青的灰黄色，将温度控制在70℃冷凝回流10小时。反应结束，待溶液冷却至室温，以前次精制中间体的方法处理。但此次产物凝结性不好，收集产物时要用真空泵。

表2-2 不同条件下中间体伯胺化产物的性能

序号 中间N-N，二甲基水合肼 体 乙酰胺 ml 粗产品性能 精制品性能 - 14 -

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g 1 5 ml 100 1.5 充满气泡的成膜性很好的青黄黄色胶冻 色块状物（溶剂未除尽） 2 5 100 1 充满气泡的成膜性很好的青黄浅灰绿色胶色块状物（溶剂未除冻 尽） 带絮状白色碎块状物，成膜性差 3 5 150 0.8 浅黄色液体 4 5 150 0.8 淡土黄色液白色絮状物成膜性体 好 白色絮状物成膜性好 5 5 150 0.8 金黄色液体 6 5 150 0.8 浅黄色液体 精制时凝结性很差 仅得少量膏状物 7 5 150 0.8 浅黄色液体 质量有恢复 产量为正常的2/3 8

5 150 0.8 浅黄色液体 青白色颗粒状产品 做到此步可以看出，越改性产品的成膜性越差，且产品质量越来越不顾稳定。

1.5 聚砜膜的制备

分别称取聚砜、改性聚砜、及聚砜和改性聚砜各占５０％的混合体每样１．８ｇ，分别溶于１０ｍｌ二甲基乙酰胺溶液。待彻底溶融后，将液体倾倒于干净的平板玻璃上并用两端缠细铜丝的玻璃棒刮膜 。刮完后将平板玻璃置于凝固－浴水中，膜自动脱离。此时发现未改性膜成膜性最好坚韧与日常所见塑料布无异。改性聚砜也有一定成膜性，但强度与韧性明显不如未改性聚砜。混合体的成膜性则最差，几乎无韧性。

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化学方法检验携胺基聚砜的吸附性能

1. 按普通油浴不加搅拌方式装好仪器，添加一尾气回收装置，称0.5309g产品质入三口瓶加5ml氯化乙酰54 ℃冷凝回流30分钟 ，撤去冷凝管任其自行蒸发干燥，产品干燥后呈干淀粉糊状，真空干燥24小时产品称重为0.6286g。 2. 依上次步骤加苯磺酰氯，产品全溶且呈胶冻状。

3. 依上次步骤称取0.8877g戊二醛，产品呈淡桔色。以无水乙醇清洗三遍，真空干燥产品呈鹅黄色，产品增重至1.2668g。

4. 依前次步骤称取0.8061g产品于1ml戊二醛和25ml无水乙醇混合液加入三口瓶64℃冷凝回流三小时，所得干燥产物并未增重。

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第三章 结果与讨论

2.1聚砜成膜材料的携胺基改性合成原理：

２．１．１原料的确定

２．１．１．１成膜材料的选择

关于为什么要选聚砜作为固相载体材料已在前言中讨论，原本不想再赘述。但以后一系列问题都由此引起，因此不得不旧话重提。我们要在聚砜的苯环上加一个胺甲基，但是聚砜是一种高分子材料，我们就不得不解决这样两个问题：１．苯环附近有很多各式各样的基团，其大分子链本身也有缠绕叠接，苯环的性质必不同于各种芳香类化合物单体，针对芳香类化合物单体的胺甲基化方案在此未必适用。２．聚砜的存在形态。聚砜是一种难溶于水和醇的固体，许多有水和醇参予的胺甲基化方案也因此遭否决，必须有可行的替代方案。所有这些问题都由以后的试剂来解决。

２．１．１．２ 氯甲基化剂的选择

氯甲醚、二氯乙烷、氯化锌作为成熟环节（聚砜氯甲基化）中的试剂以为前人反复论证不再赘述。

２．１．１．3 溶剂的确定

Ｎ，Ｎ－二甲基乙酰胺作为本实验的溶剂是因性质与二甲基甲酰胺性质近乎一致而入选的。溶剂在有机合成反应中作用相当大。大多数有机反应为非离子型化合物（主要是有机化合物如：聚砜）和离子型化合物（无机或有机化合物如：邻苯二甲酰亚胺的钠盐）的反应。因此要选用对两类化合物都适宜的溶剂，[6]本反应首选便是二甲基甲酰胺。二甲基甲酰胺［ＤＭＦ］ 分子式ＨＣＯＮ（ＣＨ３）２，相对密度０．９４４５（２５℃），沸点１５３℃。是有代表性的非质子溶剂，因溶解力很强而被称为万能有机溶剂，易溶于水、醇、（这两项功能对本反应也很重要，用于本溶剂和聚砜的分离）、醚、酯、酮、烯烃、芳烃，但不能与饱和烃混合，它能溶解各种有机化合物，高分子化合物。[3]这完全解决了聚砜为本次反应带来的问题二，也部分解决了问题一。

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２．１．１．４以邻苯二甲酰亚胺和氢化钠作为胺化剂

选邻苯二甲酰亚胺的理由将在合成步骤地确定中说明，选氢化钠做胺化剂的成盐剂则主要考虑到这是一种方应速率最快反应进行最彻底的钠盐化方案及本反应为无水反应要求。

２．１．１．５选择水合肼作为伯胺化剂

本反应最后一步原理为在碱性条件下Ｎ—烷基邻苯二甲酰亚胺水解生成伯胺，这是难以应用于有遇水性聚砜存在的反应中的。于是我们便选择了一个在无水或仅有少量水存在便可呈碱的试剂和中间体脱下的分子生成一种更弱的有机碱。这是于水合肼相差无几的肼的性质：Ｈ２Ｎ－ＮＨ２，又称联氨，无色油状液体，二价碱，发烟有吸湿性，有氨味，极毒，是一种强还原剂。[6]

２．１．２聚砜成膜材料的携胺基改性合成步骤的确定

氯甲基化在此不再详细讨论（理由前述）。本实验胺甲基化的原理是基于盖布瑞尔合成法[1]，原因主要是因为给聚砜接氯甲基最成熟的方案便是本实验不再讨论的那一环节，由此本反应就成了类似由卤代烃为基础制备伯胺，由卤代烃制备伯胺有两法：一是本法，二是氨解法，氨解法的缺点是制备伯胺时不但反应条件苛刻还常常会伴随大量的仲、叔胺生成[1]。在本反应中则又有另一弊端，不可避免地引入水和醇。原始盖布瑞尔法描述如下：它是合成纯伯胺的方法。邻苯二甲酰亚胺具有弱酸性，可以与氢氧化钾的乙醇溶液生成钾盐，后者与卤代烃作用，生成Ｎ—烷基邻苯二甲酰亚胺，Ｎ—烷基邻苯二甲酰亚胺在碱性溶液中水解生成伯胺。本实验的修正方法已在原料选择及反应步骤设计中说明，不再赘述。

２．２关于反应现象和结果的讨论

２．２．１ 对表2-1的讨论

由表２－１可看出此反应符合常规有机反应的特征：在适宜温度范围内温度越低，反应时间越长反应越充分。

２．２．２ 对表２－２的讨论

由表２－２可看出，从聚砜原料到携伯胺基的聚砜，随着改性进程的深化产品质量越来越不稳定成膜性越来越差。可见合成反应中步骤越多出现偏差的可能

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性也越大。聚砜到了伯胺化这一步在甲醇中的析出也愈加困难，这可能是伯胺基与甲醇羟基形成氢键阻碍了聚砜以固态形式析出。

２．２．３ 对表２－２的讨论

表２－２中的胶冻是由于溶液浓度过大发生了分子间交联，从产物过于良好的成膜性看来是发生了化学交联而非范德华力交联[9]。

２．２．４对尾声部分的讨论

由化学验证伯胺基的方法可得如下结论：１．样品增重可间接验证伯胺基的存在。２．（１）样品在有苯环存在的单体试剂中易溶，此项性能可以应用于组合化学固液联用的反应中。（２）将少量未改性聚砜和改性聚砜置入二甲苯中静置不久，二者果然又溶。３．在大量乙醇和少量试剂的混液中样品不增重，可能是因为大量羟基与伯胺基形成氢键阻碍胺醛结合[8]。

２．２．５对红外谱图的讨论

从红外谱图上（见下一页）可直观地看出样品所携带的官能团，不同官能团会在谱图上显示不同的特征峰。其中律己的特征峰在？伯胺基的特征峰3509-1-3300-1 cm 之间，[7]可以看出谱图七上出现氯基特征峰，谱图八上出现了胺基特征峰，七图说明氯基成功接在聚砜上，八图说明胺基成功的接在了聚砜上。三者均在无水条件同时下测试，排除图八特征峰3509-1-3300-1 cm为羟基的可能性。

２．２． 6对成膜性的讨论

混合物成膜性差说明改性和未改性聚砜性质已相差很大。

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图六 未改性聚砜红外谱图

图七氯甲基化聚砜红外谱图

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图八携胺基聚砜红外谱图

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第四章 结论

1. 实验合成出了携胺基聚砜材料，但由于时间仓促，资源有限，尚未着手定量的精确分析实验。

2. 此携胺基聚砜材料理论上可以应用于组合化学，但投入实际生产尚需时日，尤其产量和质量的稳定是一个需要攻克的难题。

3. 由本课题知：高分子材料（成品，非原料阶段）改性成功与否关键在于能否“解开”缠绕交叠的高分子链，使反应有足够的进行空间。

4. 组合化学的关键问题在于分离，最佳的分离方法便是引入固相载体。 5. 有机合成实验在适宜的温度范围内，温度越低，反应时间越长，反应越彻底。

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续

克达尔定氮法

1. 实验目的

进一步验证伯胺的存在。（本部分只着眼于定性股多处从简从略，且放弃定量部分） 2. 实验原理

（1） 用浓硫酸将含氮有机物煮沸分解，使其成铵盐。 （2） 加碱使胺游历。

（3） 水蒸汽蒸馏将胺带出，用硼酸吸收。 （4） 用盐酸标准液滴定生成的 3. 实验过程 （1） 煮解

干燥的煮解瓶中加10-15mg样品，再加10-15mg硫酸铜（催化剂）-硫酸钾（提高浓硫酸沸点）混合物，置入2ml浓硫酸。瓶口放一漏斗，整体45度倾斜，加强热，反应物先焦黑，后渐草黄，最后变成澄清的淡黄绿色，冷却加蒸馏水3ml。

（2） 蒸馏

是煮解液在封闭仪器中于碱液反应，同时用蒸汽将生成的氨汽吹出，用盛有硼酸和指示剂的锥形瓶吸收。 （3） 滴定

用0.025ml/l的标准盐酸溶液10ml左右的微量滴定管滴定所收集的蒸馏液。终点时，只是既有蓝色变为灰色，过量一滴溶液呈粉红色。 结果与讨论

此过程共进行两次，一次加入氢氧化钠过于迅速，导致大量易溶气体生成，使硼酸饱和液倒吸入蒸馏装置。

第二次操作得当，硼酸-指示剂液渐由红变蓝，表明所收集气体呈碱性，结合上步应是氨气，收集大约30ml蒸馏液，用0.025ml盐酸溶液滴定，现象与公

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认现象一致，进一步确定有氨气生成。

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致 谢

本课题和论文能成功完成，首先要感谢我的导师王兵老师，感谢他为我们选择了一个相当具有前瞻性且涉及多门类学科的课题。让我获得了丰富的知识。而王老师灵活的思维方法和严谨的治学态度更是让我在自身科学素质的培养方面获益匪浅。

再要感谢的是师兄姜锡鹏，本试验的具体实践部分由他指导完成，他用心和负责的态度让我深受感动。

接下来要感谢的是周建、崔丽萍同学，整个试验期间我们共同承担劳作的艰辛分享成功的欢乐，在她们的无私帮助下我最终成了实验。

本课题受中国博士后基金资助，特此感谢！

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参考文献

[1]《有机化学》 高等教育出版社（第二版） 徐寿昌主编 P377盖布瑞尔合成法 P370氨的烷基化

[2]《组合化学》 中国协和医科大学出版社 主编 王德心 P5合成方式的比较 P7经典方式与组合化学运作的方式及效率 P13固相有机合成原理 [3]《实用精细化工辞典》（第二版） 中国轻工业出版社 安家驹主编 P81N，N-二甲基甲酰胺

[4]《膜技术手册》 化学工业出版社 时均 袁泉 高从揩 主编P7导言 P767亲和膜

[5]《高聚物合成工艺学》（第二版）华东理工大学 赵德仁 张慰胜 主编 P336聚砜的结构与性能

[6]《精细化工辞典》 化学工业出版社 王大全 主编 P341 肼 P177 非质子极性溶剂

[7]《红外光谱在有机化学和药物化学中的应用》（修订版） 科学出版社 谢晶曦 常俊东 王绪明 主编 P79 N-H伸缩峰

[8]《有机分析》 高等教育出版社 陈耀祖编著 P364胺类检验

[9]《高分子物理》 高等教育出版社 刘凤歧 汤心颐 主编 P7支化与交联 [10]《化学辞典》 化学工业出版社 周公度主编 P374 聚砜

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附：翻译

一种旁路补体调节剂——H因子的主体识别和目标鉴定

H因子起到识别主体细胞和组织，还有介导微生物病原体在旁路补体活化前后差别的作用。她独特的20SCR区域排列在一个弹性长链上允许某种功能位点去交互影响补体蛋白和表面标记。作为单分子组合化学的一个典型生物实例，一般认为补体调节剂位点位于N-末端四个SCR区，三个位点识别某种有用的主体标记聚阴离子，其他两个位点结合C3b 补体蛋白。最近的研究表明几个C3b和聚阴离子结合位点的协同性影响H因子的生物功能。而且不同的细胞彼此位点受影响的程度也不同。一个或多个主体标记物识别位点的约定可保证H因子可以控制AP的活化，类主体标记物的缺席会使主体接收AP的刺激，但更多普遍病原体能否由他们的先天防卫系统发展出针对H因子受体或能允许它们逃脱检查，程度不同的真实反映主体标记体物的模拟物，能应用一种或两种此类逃离技术的有机体包括：淋球菌、肺炎链球菌、耶尔森大肠杆菌、锥虫类菌和HIV病毒。

缩写:AP,旁路补体活化；SCR，以许多补体控制蛋白为基础的共有序列重复；C 3b,补体蛋白质的蛋白水解活化物；CRP，C-活化蛋白；EHC3b,在人体红血球表面上产生的补体蛋白质C3b;ERC3b,兔子红血球蛋白产生的C3b;ZymC3b,食母生素（酵母细胞壁）上产生的C3b；DAF，加速衰退因子；CR1，第一补体受体；MCP，薄膜轴因子蛋白。 1.导论：

旁路补体（AP）包含6个血浆蛋白（C3和B、H、I、P因子）。AP展示了一种固有的可从大量外来有机组织中区别主体细胞和组织的能力，路径会被细菌、菌状肿、病毒、被病毒感染的细胞，肿瘤细胞和寄生虫活化，所有三种路径补体（经典路径、旁路路径、凝集素路径）都引起先天防卫，AP会给主体提供广谱抗菌剂而且效果贯穿整个成熟期，它具有快速活化（5-10分钟）的能力，是极度敏感（由单个微生物引起的全面活化）和可靠的不依赖优先免疫和抗体产品的先天防卫系统。

一个关于AP目标识别理想化的描述说他只认主体而攻击其他，这种设计在适应新有机物出现方面可谓久经考验。在真实的病原微生物以仿造物代替自己逃避打击时，H因子以它的多样复合位点作为识别系统中识别蛋白质的钥匙。其

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能辨别其中病原体应归功于其能识别H因子类主体特征在微观有机组织上根据不同有机物在受不同程度活化速率和强度时创制的不同光谱。

一个先天免疫的核心问题是如何让多样的系统去辨别潜在的目标和主体。系统中这些分子识别和引出响应或拒绝响应的机制最近被认为是理解高级生物适应免疫系统的基本原则。补体是一种在人类的先天免疫中主要的无细胞组织，出现在人类在进化史中尚未达到基因重排的无脊椎时期。补体系统用一套复杂的蛋白控制装制去选择目标和调节丰富的C3约束碎片，当由于知道失误致使补体激活时约束细胞调节剂（DAF，CR1，CD59，和MCP）保护主体细胞免于被溶解。生物粒子包括许多主体组织缺乏这些薄膜调节剂。能否做AP的激活剂取决于他们表面为H因子所认同的标记密度。 2.结构：

H粒子由20个每个含大约60个氨基酸分子的同源短共有序列重复（SCR）区构成。而不像其它无异类区域的SCR-含蛋白质H因子。人和鼠的基因序列完全破译不逾十年。人类的H因子是重糖基化的和拥有高浓度唾液酸的，可以不影响功能而被移动，正如所期待的。H因子在溶剂中的举止如同一个扩展后的分子，它的分子量得自于其自身序列（1213个氨基酸+糖）和对SDS凝胶的估算，二者都表明一个分子量接近155，000个Da.凝胶分子过滤层析再用球状蛋白标定，标定结果表明其相当于300，000千个Da.分子由此人们认为其是以二聚物形式出现的。但不幸的是用超高速离心分离器验证的结果表明它是单体。经电子显微镜放大后的分子展示了H因子是以一串串小串珠的复杂形式排列在弹性长链上，此种看起来尺寸很大的结构归因于凝胶的层析。

数目众多的功能位点（图1）被确定在沿H因子20SCR区上。直接有机物诱导有机体突变的物质被用于确定粘合于C3b上的三个位点，这些位点与C3b分子上的一个独特位点有交互作用。C3b粘结点位于N-末端四SCR区，该区拥有改性APC3/C5加速衰减活性和作为I因子的辅助因子位点进而抑活C3b的一个丝氨酸蛋白酶。另两个图一的C3b结合位点对补体活性无直接影响。其它位点与聚阴离子有多种交互作用，此中的第一个位于SCR7区，第二个位于SCR18~20区，再次一个被特别证明于唾液酸有交互作用，尽管或许所有位点都和这个标记有亲合力。

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H因子是结构或免疫相关蛋白大家庭的主要代表。FHL-1（类H因子蛋白1）是H因子RNA和H因子含N-末端七SCRS上加一个独特的C-末端选择叠接形成的，这种血浆蛋白拥有除七区所有补体调节区的阴离子结合位点和与链球菌M蛋白其交互作用的结合位点。得自不同基因的FHR（H相关因子）蛋白展现了与H因子的相关序列。它们的功能位点尚未弄清，但它们明显与人体血浆得脂蛋白结合物有关系。 3.AP活化作用的调节

AP的活化是自发的并会引起积极的反馈，他们的自我扩大进程在血浆中由H因子进行限制性调节。H因子是一种主要的补体蛋白，在血浆中的浓度为500mg/ml,仅次于C3的1200mg/ml.它的调节角色在1976年首次被发现，富隆和奥斯坦对C3表面的活性剂被H、I因子抑活保护做了一次决定性的观测后来的展示10-折痕对C3b非活性剂的高亲和力需要唾液酸的集群或其他聚阴离子出现在它的表面。在表面复合聚阴离子的H原子在与B因子竞争同C3b粘附时显得略胜一筹。如果C3改性成功（C3b,Bb），H因子便加速使催化剂失活得Bb因子分解。主体细胞DAF上一个由蛋白质组成的4SCR区也能做改性加速衰退，在炎症事件中急性期蛋白C-反应性蛋（CRP）会去粘附H因子和细胞，这会帮助调节补充主体细胞和组织的活性。蛋白酶I因子对C3b的抑活需要C3b结合H因子或例如CRI及MCP类的薄膜辅助因子上。结果iC3b不能形成一个改性的C3和C5。由此，如果主体细胞拥有帮助粘合H因子薄膜约束剂蛋白和局阴离子标记，它便会得到很好的保护。这些在微生物来说所缺少的调节元素的扩增会继续进行直到C3/C5年和蛋白改性到稳定状态。潜在的病原体会被C3b、iC3b和C3d等吞噬细胞受体上的配体迅速覆盖。

细胞上的聚阴离子和其他标记会使其免遭AP活化的攻击。辨认表面聚阴离子是H因子而并非约束C3的功能。当前流行的看法认为薄膜约束调节是最主要的保护者但它们的缺席并不马上导致AP的活化。在PNH，获得少量C3b的红血球在血浆中循环了七天，最终随着C5-9的积累，细胞溶解发生了。有成百上千C3b/Cell时，人类红血球中便少有调节剂和聚阴离子去溶胞。类似的，从羊的红血球中以取原型非活化剂，唾液酸依然能活化人类的AP。为了逃避AP的活化，许多病原体在其表面呈现出了大量聚阴离子。很明显的是薄膜约束蛋白

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和聚阴离子标记以H因子给主体中调节AP活性提供的一套冗长但必要的系统来被识别。

4.H因子的目标识别

AP补体的活化是自发的，在他与血液接触的所有表面持续积存C3b。H因子在主体细胞壁上沿DAF，MCP和CR1排布，它控制起始C3b扩大和快速活化与否。大多数微生物是人类AP的强力活化剂，但人体病原仅使C3b淤积很难让活化发生。休多病原体能产生主体标记的仿制品，他们会像主体一样用同样的系统识别H因子上的位点。它们中的许多拥有了降低H因子在其表面活性的方法。H因子直接位点突变基因试图被用来确定H因子上的位点和了解标记如何识别这些位点以控制AP的扩增进程。这些研究引导人们更明白的理解AP活化剂和非活化剂如何与H因子发生交互作用。删除H因子突变基因证明C3b外表覆盖的亲和力遍布蛋白质的大量SCR区，而非仅仅是控制功能所在的N-末端端基SCR区。最近，参照H因子在四种不同生物粒子所扮演的角色。科学家揭示每种粒子表面位点都有相应功能。同时，H因子每种特别的位点都对应一个特别的位点。例如在AP非活化剂ES和ER上加速衰退因子C3b,Bb与H因子SCR11-15和16-20有相当紧密的关系，移取此二区，SCR1-4区将失活97%，删除AP上的调节剂ER上SCR的11-20区却仅使4-折痕失去特殊活性而酵母的此类重组蛋白根本就不失活。这进一步证明了H因子依靠被删除的SCR6-10区识别强化剂之间的不同。此类删除导致ER，C3b，Bb失去75%的衰退活性，但酵母C3b，Bb不在此例。亲和力和衰退加速对应H因子上不同组别的位点，并且不同细胞上不同类别的衰退加速位点调节的亲和力也不同。尽管亲和力并非一种直接的功能，但亲和力间接影响将会使H因子因等待I因子而长久的不与B因子粘合。粘结亲和力严重依赖所有分子上的SCR-6-10。在酵母C3b上删除此区（含C3b的二号位点，如图1）引起粘结亲和力损失97%，但SCR16-20的删除无任何影响，与此相对应它引起50-折痕与ESC3b5-折痕和EH3b粘结亲和力的降低。 这些发现表明复合C3b和聚阴离子位点沿H因子弹性软链结构排布形成一个复杂的识别系统，H因子富有弹性和伸长有利于蛋白质应用它的20区去搜索进而与一给定目标配体发生交互作用。弹性也有助于适当降低系统对标记表面排列要求的精确程度。最终，如果每个H因子都形成一个识别模式。 这些位点

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以二个、三个、四个为一个协同工作组。在通过简单的数学组合。H因子可以拥有从106单位中区别表面目标的能力。目前的争论集中在人类拥有了促使H因子发展复合专长去识别迅速变化的细胞和组织的强大的驱动力，但微生物获得仿造物的能力也在增加，这使主体去辨别真假的过程也越来越复杂。尽管H因子拥有很强的辨别力，但有证据表明它控制主体和目标区别的系统人是先天免疫系统的老一套。

5.此类先天防疫系统的失败

病原体击败AP补体的方法很多。这引起了H因子包含聚阴离子和受体表达给微生物表面补充H因子。一个链球菌M蛋白与H因子简洁的交互作用涉及SCR6-10中的区域。很可能是其中的7区。H因子的出现导致表面淤积C3b的减少和来自食菌作用的毒性和保护作用增强。滤过性HIV病毒的粒子通过粘结位点gp41gp120来俘获H因子。与唾液酸无关的淋球菌结合H因子的一套独立的机制也被找到了。绝大多数有关此类的临床离心试验表明这种机制源于人类与H因子有特殊结合力的Por1A表面蛋白。YaDA（醇脱氢酸）一种可与H因子结合的野生型耶尔森大肠杆菌外表膜蛋白会降低C3b的积存量。唾液酸转移酶表面的多糖可以被证明作为一种针对B类链球菌组，锥虫状菌类，荚膜状血清型大肠杆菌的有毒因子。在以辛德比斯病毒为例的试验中，主体细胞中的病毒孢子能扯开薄膜成分移开唾液酸保护。这些适应性保护帮助微生物逃避供给性AP活化剂，并增强它们的毒性。AP区分的失败也包括包含AP活化剂给主体细胞和组织带来病原性的后遗症。二型膜增殖肾小球性肾炎引起AP活化剂在膜表面因补充H因子而缺乏明显标记。一种类似的病理H因子缺乏症出现在人类和无菌株猪身上。遗传性溶血尿毒综合症很难治疗，最可能的原因和H粒子缺乏症有关。有淋巴细胞负荷的CR2（CD21）专门活化AP尽管现在还不清楚这是一种辅助的抗原进程还是一种针对他因的服务。 6.未来的方向

我们才刚刚知道，H因子的功能位点和它们的专长。了解这些特性可让（1）我们跟好的设计类主体（2）生物材料。AP活化促使疫苗提高C3b/iC3b/C3d积存，刺激适应免疫系统，发展主治微生物形成综合防卫标记的抗生素，还有（4）发展针对主体中补体误导活化进行控制的机制。掌握关于全面的主体识别位点的

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知识，了解它们在主体细胞和组织上的配体和它们的补体活化调节功能研究是我们所要追求的目标。

然而有还许多关于人体细胞H因子受体诸如受体位被赋予彻底角色的报道。高频率的关于应用H因子受体的呼声强调如果不利用丰富的调节剂（血液中DAF的1000倍）为人体主体细胞提供保护简直太令人吃惊了。滤筛和整组遗传基因标定的新方法将被引用解决此类问题。

兔子有着和人类系统成分一样的AP，但总体来说其细胞和组织活化剂优于人类。这说明兔子另有一套识别系统。早期的尝试包括提纯和分析大量的兔子AP成分，其失败于未能明晰兔子用于主体防卫的标记。一项辅助以H因子嵌合体产品的再调查或许会更有效地增进我们的知识。

一定量人类的H因子蛋白表明这些蛋白有其自身的生物角色，或许作为补体，或许作为其他系统。要想了解这些角色应发展包括伊利莎或PCR为基础的快速筛选化学成分仪去确定人口分布和寻找自然缺陷。它们存在于老鼠体中的证明为试验提供了一种合适的动物模特，并最终产业化饲养这种引人注目的动物。

尽管仅有少量的报道描述了补体在抗癌方面的重要角色。但H因子确实对泡状癌细胞有高度的敏感性。培养大量的癌细胞去综合处理一定数量的H因子。泡状癌细胞将这种样品变成了尿液，因此一种靠H因子发生功效的无形繁殖单体去甄别此抗原的诊断尝试得以应用了。尽管H因子的高级调节作用适合癌症同时发生的，但也可能因此产生针对肿瘤发现有用的功能以便彻底的检测出病灶。 致谢

此项工作受国际健康研究学会DK-35081 基金资助完成。 索引

阿森兹，补体成分C3b结合位点定位和I因子辅助因子活化。

阿森兹，H因子在38KDa以蛋白酶上的碎片用不同美和无形繁殖单体抗体去做H因子补体成分结构和功能分析。

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