糖接枝改性马来酸酐交替共聚物及制备方法及应用

本发明属于马来酸酐交替共聚物的糖接枝改性及其控冰性能应用的，具体涉及糖接枝改性马来酸酐交替共聚物及制备方法及应用。

背景技术：

1、糖类物质具有多羟基结构，包括单糖、二糖、三糖、低聚糖和多糖。从桦树种子中提取的高分子量多糖可以促进冰成核，而低分子量的多糖可以控制冰晶的形貌，呈现六瓣花形状(dreischmeier k,budke c,wiehemeier l.sci.rep.2017,7,41890)。此外，自然界中极端条件下微生物体内产生的抗冻糖蛋白，可以抑制冰晶生长，从而防御寒冷气候下的组织损伤，受抗冻糖蛋白的启发，将小分子糖与聚合物结合的糖肽聚合物可以实现控冰功能。kramer等人通过糖改性的n-羧基-α-氨基酸环内酸酐的开环聚合合成了类抗冻糖蛋白聚合物，这种聚合物可以控制圆形冰晶生长为六边形，展现出了对冰晶形貌的控制能力(deleray ac,saini s,wallberg ac,kramer jr.chem.mater.2024,36,3424-3434)。但是，这种类抗冻糖蛋白的合成过程复杂，产率低，并且增加了引入杂质的风险。糖直接改性的聚合物可以反应步骤简单，提高产率的同时也降低了引入更多杂质的风险。高淑辉等通过酰胺化方法制备了葡萄糖、海藻糖、麦芽糖和麦芽三糖接枝聚赖氨酸，所合成的糖肽相对于羟乙基哌嗪乙磺酸缓冲溶液的冰重结晶抑制活性达到了26％(gao s,zhu k,zhang q,niu q,chong j,ren l,yuan x.biomacromolecules2022,23,530-542)。

2、马来酸酐交替共聚物是马来酸酐单体与乙烯基单体交替共聚而形成的交替共聚物，甲基乙烯基醚-马来酸酐交替共聚物和苯乙烯-马来酸酐交替共聚物合成工艺已经十分成熟，是已商用的产品，通过马来酸酐基团的化学反应可以实现产品的改性。英国学者gibson等仿照天然抗冻蛋白的结构，通过乙醇胺改性甲基乙烯基醚-马来酸酐交替共聚物获得了侧链兼具氨基和羧基的两性离子聚合物，这种聚合物在浓度为20mg·ml-1时具有冰重结晶抑制活性，所产生的平均最大冰晶尺寸为相对磷酸盐缓冲溶液的20％(mitchellde,cameron nr,gibson mi.chem.commun.2015,51,12977-12980)，在细胞冻存方面具有潜在应用(bailey tl,stubbs c,murray k,tomas rm,otten l,gibsonmi.biomacromolecules 2019,20,3104-3114)。然而，基于抗冻蛋白与抗冻糖蛋白本身结构的差异，改性形成的两性离子聚合物对冰晶形貌较弱。

3、受抗冻糖蛋白启发，有关用糖直接接枝改性马来酸酐交替共聚物的合成方法，可以得到侧链兼具糖和羧基的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物，由于具有仿生天然抗冻糖蛋白结构，糖接枝改性马来酸酐交替共聚物的水溶液可应用于冰晶形貌的控制，并且显著促进冰成核，提高了溶液的结冰温度，具有应用于蛋白质长期保存和细胞冻存的潜在价值。糖接枝改性马来酸酐交替共聚物的制备条件温和，且未见糖改性马来酸酐交替共聚物合成和应用方面的报道。

技术实现思路

1、本发明旨在仿照天然抗冻糖蛋白结构，通过简便易得的合成，温和的反应条件得到具有较强普适性的侧链具有丰富的糖的交替共聚物，得到的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物不仅对冰晶形貌有控制作用，还可以显著提高溶液的冰成核温度。

2、本发明以已经商用的甲基乙烯基醚-马来酸酐交替共聚物或苯乙烯-马来酸酐交替共聚物和葡萄糖、海藻糖、麦芽糖、麦芽三糖和松三糖中的一种为原料制备糖接枝改性马来酸酐交替共聚物。

3、本发明的技术目的通过下述方案予以实现：

4、一种糖接枝改性马来酸酐交替共聚物，化学结构如下：

5、其中n的值为9～833，侧基r1为ch3o-或-c6h5；所得到的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物分子量为3500～550,000。

6、r2为

7、

8、糖接枝改性马来酸酐交替共聚物的制备方法如下所述：

9、将甲基乙烯基醚-马来酸酐交替共聚物或苯乙烯-马来酸酐交替共聚物与葡萄糖、海藻糖、麦芽糖、麦芽三糖、松三糖中的一种置于反应容器中，向瓶中通入氮气后加入无水n,n-二甲基甲酰胺，加入无水三乙胺，于80～100℃下反应12～48小时，产物在乙醚中沉淀后用水溶解，再于透析袋中以大量水透析24～96小时，透析后得到的溶液冻干后得到糖接枝改性马来酸酐交替共聚物。

10、所述的马来酸酐交替共聚物中酸酐基团与葡萄糖、海藻糖、麦芽糖、麦芽三糖和松三糖中一种的摩尔比为1:(2～5)；

11、所述的加入无水n,n-二甲基甲酰胺使马来酸酐交替共聚物所含酸酐基团的摩尔浓度范围在50～100mmol·l-1。

12、所述的加入无水三乙胺与无水n,n-二甲基甲酰胺的体积比为1:(100～300)。

13、所述的透析时间为24～96小时，透析袋截留分子量的范围为500～20,000。

14、本发明的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物以水溶液形式应用于控制冰晶生长和控制冰晶形貌。

15、本发明还公开了在蔗糖水溶液中观察糖接枝改性马来酸酐交替共聚物对冰晶形貌控制的方法，通过控制升高温度使冻结的溶液在退火过程中仅剩余少量的冰晶，然后降低温度，记录冰晶生长40分钟后形成的冰晶形貌。此外，还公开了观察微升级液滴冻结一半比例确定的冰成核温度的方法，测得纯水的冰成核温度为-22.2℃，与纯水的冰成核温度作对比。

16、本发明的优点在于，制备糖接枝改性马来酸酐交替共聚物的合成与提纯方法简单易于操作，反应条件温和；原料为已经商用的马来酸酐交替共聚物和糖，可以批量生产，大量使用；制备的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物具有很强的水溶性，便于聚合物溶液的使用。糖接枝改性马来酸酐交替共聚物可以显著提高溶液冰成核温度，且对冰晶形成的形貌具有控制作用，具有应用于细胞冻存和蛋白质长期保存的潜在价值。

技术特征：

1.一种糖接枝改性马来酸酐交替共聚物，其特征在于，化学结构如下：

2.如权利要求1所述的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物，其特征是，马来酸酐交替共聚物是甲基乙烯基醚-马来酸酐交替共聚物或苯乙烯-马来酸酐交替共聚物。

3.如权利要求1所述的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物，其特征是，n的值为9～833，糖改性马来酸酐交替共聚物的分子量为3,500～550,000。

4.权利要求1的糖接枝改性的马来酸酐交替共聚物的制备方法，其特征是，将马来酸酐交替共聚物与葡萄糖、海藻糖、麦芽糖、麦芽三糖或松三糖中的一种，置于反应容器中，向瓶中通入氮气后加入无水n,n-二甲基甲酰胺、无水三乙胺，于80～100℃下搅拌反应12～96小时，产物在乙醚中沉淀后再用水溶解，经水透析后得到的溶液冻干后得到糖接枝改性的马来酸酐交替共聚物。

5.根据权利要求4所述的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物的合成方法，其特征是，马来酸酐交替共聚物中酸酐基团与葡萄糖、海藻糖、麦芽糖、麦芽三糖和松三糖中一种的摩尔比为1:(2～5)。

6.如权利要求4所述的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物的合成方法，其特征是，加入无水n,n-二甲基甲酰胺使马来酸酐交替共聚物所含酸酐基团的摩尔浓度范围在50～100mmol·l-1。

7.如权利要求4所述的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物的合成方法，其特征是，加入无水三乙胺与无水n,n-二甲基甲酰胺的体积比为1:(100～300)。

8.权利要求4所述的的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物的合成方法，其特征是，透析时间为24～96小时，透析袋截留分子量的范围为500～20,000。

9.权利要求1所述的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物以水溶液形式应用于控制冰晶生长和控制冰晶形貌。

技术总结本发明涉及糖接枝改性马来酸酐交替共聚物及制备方法及应用。将甲基乙烯基醚‑马来酸酐交替共聚物或苯乙烯‑马来酸酐交替共聚物与葡萄糖、海藻糖、麦芽糖、麦芽三糖、松三糖中的一种置于反应容器中，向瓶中通入氮气后加入无水N,N‑二甲基甲酰胺，加入无水三乙胺，于80～100℃下反应12～48小时，产物在乙醚中沉淀后用水溶解，再于透析袋中以大量水透析24～96小时，透析后得到的溶液冻干后得到糖接枝改性马来酸酐交替共聚物。本发明的糖接枝改性马来酸酐交替共聚物以水溶液形式应用于控制冰晶生长和控制冰晶形貌。本发明合成与提纯方法简单易于操作，反应条件温和；具有应用于蛋白质长期保存和细胞冻存的潜在价值。技术研发人员：袁晓燕,尚轲,任丽霞,朱孔营受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14