一种多功能聚天冬氨酸衍生物及其制备工艺

摘要

本发明公开了一种多功能聚天冬氨酸衍生物及其制备工艺。所述聚天冬氨酸衍生物的原料包括以下组分：按重量计，L‑天冬氨酸100～120份、磷酸催化剂5～6份、烷基伯胺30～40份。有益效果：(1)通过一锅法制备了具有保湿、祛斑、美白、改善肤质等作用的多功能、高价值的聚天冬氨酸衍生物，工艺过程简单，操作方便。(2)通过烷基伯胺侧链链长以及加入的比例，从而控制得到适宜的接枝率，从而控制聚天冬氨酸衍生物的HLB值。(3)通过将聚天冬氨酸衍生物与L‑赖氨酸耦合，协同烷基链，形成具有两性分子的L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物，协同增加皮肤渗透性，促进胶原蛋白的生成。

权利要求

1.一种多功能聚天冬氨酸衍生物，其特征在于：所述聚天冬氨酸衍生物的原料包括以下组分：按重量计，L‑天冬氨酸100～120份、烷基伯胺30～40份、磷酸催化剂5～6份、L‑赖氨酸28～35份、N,N‑二环己基碳二亚胺6～8份；所述烷基伯胺为正辛胺、正癸胺、正十二胺其中一种。

2.一种多功能聚天冬氨酸衍生物的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将L‑天冬氨酸脱水缩合，得到聚琥珀酰亚胺；将其与烷基伯胺反应，得到聚琥珀酰亚胺衍生物；

步骤2：将聚琥珀酰亚胺衍生物水解，得到聚天冬氨酸衍生物；

步骤3：聚天冬氨酸衍生物超声分散在水中，使用0.1mol/L的盐酸酸化1～2小时，加入甲醇沉淀，洗涤，分散在二甲基亚砜‑水溶剂中，加入N,N‑二环己基碳二亚胺和L‑赖氨酸，设置温度为35～40℃反应1～2小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物。

3.根据权利要求2所述的一种多功能聚天冬氨酸衍生物的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将L‑天冬氨酸、磷酸催化剂加入到捏合反应器，设置温度为180～200℃，压力为‑70～‑80kPa，脱水缩合2～3小时，得到聚琥珀酰亚胺；加入烷基伯胺，继续反应2～3小时，得到聚琥珀亚胺衍生物；

步骤2：继续向捏合反应器中加入聚琥珀酰亚胺衍生物质量3‑6倍的水搅拌分散，缓慢滴加3～3.5mol/L的氢氧化钠水溶液，设置温度为40～45℃，水解2～6小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到聚天冬氨酸衍生物。

4.根据权利要求3所述的一种多功能聚天冬氨酸衍生物的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将L‑天冬氨酸溶于碳酸丙烯酯溶剂中，得到30～35％的溶液；将其置于微波反应器中，设置功率为420～460W，温度为200～230℃，设定反应程序为8个周期，总反应时间为40～45分钟，甲醇沉淀，洗涤过滤，得到聚琥珀酰亚胺，将其与烷基伯胺加入至捏合反应器中，设置温度为180～200℃，压力为‑70～‑80kPa，反应2～3小时，得到聚琥珀亚胺衍生物；

步骤2：将聚琥珀酰亚胺衍生物用其质量3‑6倍的水搅拌分散，缓慢滴加3～3.5mol/L的氢氧化钠水溶液，设置温度为40～45℃，水解2～6小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到聚天冬氨酸衍生物。

5.根据权利要求3所述的一种多功能聚天冬氨酸衍生物的制备工艺，其特征在于：所述聚天冬氨酸衍生物的平均分子量在17000～18000之间；所述聚天冬氨酸衍生物水溶液的HLB值为9.5～11。

说明书

一种多功能聚天冬氨酸衍生物及其制备工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及具体聚天冬氨酸衍生物技术领域，具体为一种多功能聚天冬氨酸衍生物及其制备工艺。

背景技术

[0002] 近年来，由于绿色化学的发展，环保型生物活性材料在化妆品领域得到的广泛研究。其中，聚天冬氨酸是一种生物相容性环保型聚合物，是一种含有羧酸侧链的离子型多肽，在化妆品领域成为了高潜力的替代品。

[0003] 目前的聚天冬氨酸合成方法中大多使用马来酸酐和和铵盐为原料缩聚、水解得到的，该方式工艺复杂，操作繁琐，不易控制分子量和亲水亲油性，且制备的聚天冬氨酸产率较低。同时单独的聚天冬氨酸功能单一，用于化妆品时保湿、美白等改善肤质作用效果差，限制了其应用。因此，专利中以L‑天冬氨酸为原料缩聚、水解制备聚天冬氨酸衍生物，工艺过程简单，易控制，同时通过接枝烷基链控制亲水亲油性，通过耦合L‑赖氨酸增加皮肤渗透性和促进胶原蛋白生成的功能，以此，增加聚天冬氨酸衍生物在化妆品中应用时的功能，替代同类产品，提高应用率，增强环保性。

[0004] 综上，制备一种多功能聚天冬氨酸衍生物具有重要意义。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种多功能聚天冬氨酸衍生物及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

[0007] 一种多功能聚天冬氨酸衍生物，所述聚天冬氨酸衍生物的原料包括以下组分：按重量计，L‑天冬氨酸100～120份、烷基伯胺30～40份。

[0008] 较为优化地，所述聚天冬氨酸衍生物的原料还包括：按重量计，磷酸催化剂5～6份。

[0009] 较为优化地，所述聚天冬氨酸衍生物的原料还包括：按重量计，L‑赖氨酸28～35份、N,N‑二环己基碳二亚胺6～8份。

[0010] 较为优化地，所述烷基伯胺为正辛胺、正癸胺、正十二胺其中一种。

[0011] 较为优化地，一种多功能聚天冬氨酸衍生物的制备工艺，包括以下步骤：

[0012] 步骤1：将L‑天冬氨酸脱水缩合，得到聚琥珀酰亚胺；将其与烷基伯胺反应，得到聚琥珀酰亚胺衍生物；

[0013] 步骤2：将聚琥珀酰亚胺衍生物水解，得到聚天冬氨酸衍生物。

[0014] 较为优化地，包括以下步骤：

[0015] 步骤1：将L‑天冬氨酸、磷酸催化剂加入到捏合反应器，设置温度为180～200℃，压力为‑70～‑80kPa，脱水缩合2～3小时，得到聚琥珀酰亚胺；加入烷基伯胺，继续反应2～3小时，得到聚琥珀亚胺衍生物；

[0016] 步骤2：继续向捏合反应器中加入聚琥珀酰亚胺衍生物质量3‑6倍的水搅拌分散，缓慢滴加3～3.5mol/L的氢氧化钠水溶液，设置温度为40～45℃，水解2～6小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到聚天冬氨酸衍生物。

[0017] 较为优化地，包括以下步骤：

[0018] 步骤1：将L‑天冬氨酸溶于碳酸丙烯酯溶剂中，得到30～35％的溶液；将其置于微波反应器中，设置功率为420～460W，温度为200～230℃，设定反应程序为8个周期，总反应时间为40～45分钟，甲醇沉淀，洗涤过滤，得到聚琥珀酰亚胺，将其与烷基伯胺加入至捏合反应器中，设置温度为180～200℃，压力为‑70～‑80kPa，反应2～3小时，得到聚琥珀亚胺衍生物；

[0019] 步骤2：将聚琥珀酰亚胺衍生物用其质量3‑6倍的水搅拌分散，缓慢滴加3～3.5mol/L的氢氧化钠水溶液，设置温度为40～45℃，水解2～6小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到聚天冬氨酸衍生物。

[0020] 较为优化地，还包括以下步骤：步骤3：聚天冬氨酸衍生物超声分散在水中，使用0.1mol/L的盐酸酸化1～2小时，加入甲醇沉淀，洗涤，分散在二甲基亚砜‑水溶剂中，加入N,N‑二环己基碳二亚胺和L‑赖氨酸，设置温度为35～40℃反应1～2小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物。

[0021] 较为优化地，所述聚天冬氨酸衍生物的平均分子量在17000～18000之间；所述聚天冬氨酸衍生物水溶液的HLB值为9.5～11。

[0022] 本技术方案中，通过将L‑天冬氨酸脱水缩合得到聚琥珀酰亚胺衍生物，然后通过水解得到聚天冬氨酸衍生物。以L‑天冬氨酸缩合合成的聚琥珀酰亚胺衍生物水解后会形成同时含有β‑羧基酰胺基、酰胺键的双聚天冬氨酸聚合物。再通过与L‑赖氨酸耦合得到L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物。其中，由烷基伯胺改性的聚天冬氨酸衍生物是一种具有优异表面活性、螯合性，具有保湿、祛斑、美白、改善肤质等作用的多功能、高价值的聚天冬氨酸衍生物产品；由烷基伯胺和L‑赖氨酸共同改性的L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物不仅具有聚天冬氨酸衍生物的多功能性，还具有更好的皮肤渗透性。这两种不同的聚天冬氨酸衍生物可作为表面活性剂用于化妆品中。

[0023] 第一，聚天冬氨酸衍生物的制备采用一锅法合成工艺，与传统技术相比该工艺简单操作，可以在不改变固定设备的条件下，简单通过改变操作参数就可以实现聚天冬氨酸衍生物的合成。但该过程中需要加入磷酸催化剂催化，中间产物聚琥珀亚胺衍生物的收率在85％左右。

[0024] 第二，聚天冬氨酸衍生物还可以采用微波‑一锅法联合的分步的方式制备，先将L‑天冬氨酸以微波的方式制备得到中间产物聚琥珀亚胺衍生物，过程中，不用添加磷酸催化剂，但需要加入碳酸丙烯酯作为溶剂，利用微波辐射，有利于减少反应时间、增加产率，产率90％以上。

[0025] 第三，由于短链的烷基伯胺比长链的烷基伯胺亲核能力强，通过改变烷基伯胺链的长短可以有效改变接枝率、和亲水亲油性(HLB值)，本方案中，将烷基伯胺限定为正辛胺、正癸胺、正十二胺，得到具有HLB值为9.5～11、平均分子量为17000～18000的聚天冬氨酸衍生物，具有表面活性，增加皮肤渗透性，增强化妆品使用时的清爽性，增强肤感。

[0026] 更长链的烷基侧链如十六烷基等会导致基团的疏水缔合，降低皮肤渗透性。另外，本方案中，通过控制烷基伯胺和天冬氨酸单体的加入比例，从而控制烷基伯胺进攻天冬氨酸的几率，将接枝率控制在12～13％。该接枝比例的控制，由于位阻关系，会影响L‑赖氨酸的接枝，因此，通过烷基伯胺侧链链长以及加入的比例，从而控制得到适宜的接枝率。

[0027] 第四，L‑赖氨酸是一种可以促进某些营养素吸收的促进人体发育的必须氨基酸之一，有研究表示其与生长因子有关，可以利于人体组织的形成和恢复，促进酶抗体胶原蛋白的产生，将其与聚天冬氨酸耦合，增加抗氧化活性，可以形成含有活性成分的类似于生物聚合物的氨基酸，即L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物。因此，方案中，进一步将聚琥珀亚胺衍生物羧化，与L‑赖氨酸耦合得到L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物。同时，由于还存在疏水性烷基链的接枝，与亲水性L‑赖氨酸接枝，使得其产生了两性L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物，增加皮肤渗透性，促进胶原的形成，增加聚天冬氨酸衍生物的功能。

[0028] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：(1)通过一锅法制备了具有保湿、祛斑、美白、改善肤质等作用的多功能、高价值的聚天冬氨酸衍生物，工艺过程简单，操作方便。(2)通过微波法制备中间产物聚琥珀亚胺衍生物有效提高产物收率，减少催化剂的加入，降低反应时间。(3)通过烷基伯胺侧链链长以及加入的比例，从而控制得到适宜的接枝率，从而控制聚天冬氨酸衍生物的HLB值。(4)通过将聚天冬氨酸衍生物与L‑赖氨酸耦合，协同烷基链，形成具有两性分子的L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物，协同增加皮肤渗透性，促进胶原蛋白的生成。

具体实施方式

[0029] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 以下实施例中每份质量为1g。

[0031] 实施例1：

[0032] 步骤1：将100份L‑天冬氨酸、5份磷酸催化剂加入到捏合反应器，设置温度为180℃，压力为‑70kPa，脱水缩合2小时，得到聚琥珀酰亚胺；加入30份正辛胺，继续反应3小时，得到聚琥珀亚胺衍生物；

[0033] 步骤2：继续向捏合反应器中加入聚琥珀酰亚胺衍生物质量5倍的水搅拌分散，缓慢滴加3.5mol/L的氢氧化钠水溶液，设置温度为40℃，水解2.5小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到聚天冬氨酸衍生物。

[0034] 实施例2：

[0035] 步骤1：将100份L‑天冬氨酸、6份磷酸催化剂加入到捏合反应器，设置温度为190℃，压力为‑75kPa，脱水缩合2小时，得到聚琥珀酰亚胺；加入35份正癸胺，继续反应2～3小时，得到聚琥珀亚胺衍生物；

[0036] 步骤2：继续向捏合反应器中加入聚琥珀酰亚胺衍生物质量3倍的水搅拌分散，缓慢滴加3mol/L的氢氧化钠水溶液，设置温度为40℃，水解2.5小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到聚天冬氨酸衍生物。

[0037] 实施例3：

[0038] 步骤1：将120份L‑天冬氨酸、6份磷酸催化剂加入到捏合反应器，设置温度为200℃，压力为‑80kPa，脱水缩合3小时，得到聚琥珀酰亚胺；加入40份正十二胺，继续反应3小时，得到聚琥珀亚胺衍生物；

[0039] 步骤2：继续向捏合反应器中加入聚琥珀酰亚胺衍生物质量6倍的水搅拌分散，缓慢滴加3.5mol/L的氢氧化钠水溶液，设置温度为45℃，水解2.5小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到聚天冬氨酸衍生物。

[0040] 实施例4：微波法制备聚琥珀酰亚胺，其余与实施例1相同。

[0041] 步骤1：将100份L‑天冬氨酸溶于碳酸丙烯酯溶剂中，得到35％的溶液，设置功率为420W，温度为200℃，设定反应程序为8个周期，总反应时间为40分钟，甲醇沉淀，洗涤过滤，得到聚琥珀酰亚胺，将其与30份正辛胺加入至捏合反应器中，设置温度为180℃，压力为‑
70kPa，反应3小时，得到聚琥珀亚胺衍生物；

[0042] 步骤2：继续向捏合反应器中加入聚琥珀酰亚胺衍生物质量5倍的水搅拌分散，缓慢滴加3.5mol/L的氢氧化钠水溶液，设置温度为40℃，水解2.5小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到聚天冬氨酸衍生物。

[0043] 实施例5：将实施例4制备的聚天冬氨酸衍生物进一步耦合L‑天冬氨酸。

[0044] 步骤1：将100份L‑天冬氨酸溶于碳酸丙烯酯溶剂中，得到30％的溶液，设置功率为460W，温度为230℃，设定反应程序为8个周期，总反应时间为45分钟，甲醇沉淀，洗涤过滤，得到聚琥珀酰亚胺，将其与30份正辛胺加入至捏合反应器中，设置温度为180℃，压力为‑
70kPa，反应3小时，得到聚琥珀亚胺衍生物；

[0045] 步骤2：继续向捏合反应器中加入聚琥珀酰亚胺衍生物质量5倍的水搅拌分散，缓慢滴加3.5mol/L的氢氧化钠水溶液，设置温度为40℃，水解2.5小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到聚天冬氨酸衍生物。

[0046] 步骤3：聚天冬氨酸衍生物超声分散在水中，使用0.1mol/L的盐酸酸化1小时，加入甲醇沉淀，洗涤，分散在二甲基亚砜‑水溶剂中，加入6份N,N‑二环己基碳二亚胺和28份L‑赖氨酸，设置温度为35℃反应1小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物。

[0047] 实施例6：将实施例1制备的聚天冬氨酸衍生物进一步耦合L‑天冬氨酸。

[0048] 步骤1：将100份L‑天冬氨酸、5份磷酸催化剂加入到捏合反应器，设置温度为180℃，压力为‑70kPa，脱水缩合2小时，得到聚琥珀酰亚胺；加入30份正辛胺，继续反应3小时，得到聚琥珀亚胺衍生物；

[0049] 步骤2：继续向捏合反应器中加入聚琥珀酰亚胺衍生物质量5倍的水搅拌分散，缓慢滴加3.5mol/L的氢氧化钠水溶液，设置温度为40℃，水解2.5小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到聚天冬氨酸衍生物。

[0050] 步骤3：聚天冬氨酸衍生物超声分散在水中，使用0.1mol/L的盐酸酸化2小时，加入甲醇沉淀，洗涤，分散在二甲基亚砜‑水溶剂中，加入8份N,N‑二环己基碳二亚胺和35份L‑赖氨酸，设置温度为40℃反应2小时，洗涤，过滤、超滤、浓缩提纯，得到L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物。

[0051] 实施例7：将实施例6中的正癸胺换成十六烷基胺，其余与实施例5相同。

[0052] 实施例8：将实施例6中正癸胺不加入，不做烷基链接枝，其余与实施例5相同。

[0053] 实验1：将实施例1～5过程中制备聚琥珀酰亚胺，以氚代二甲基亚砜为溶剂，采用核磁共振仪进行产率计算。将制备聚天冬氨酸衍生物通过GPC测定其分子量，采用乳化法检测其HLB值，通过核磁共振法测定烷基链的接枝率，所得数据如下表所示：

[0054]实施例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
收率/％ 83％ 86％ 85％ 95％ 98％
分子量 17000 16000 18000 17500 17500
HLB值 11 10.5 9.5 11 11
接枝率 13％ 12％ 13％ 13％ 13％

[0055] 结论：实施例1～3中聚琥珀酰亚胺是通过一锅法热合成制备的，实施例4～5是通过微波法辐射热合成的，可以一锅法制备的收率80％以上，具有较好的收率，而微波法制备的收率可以达到98％的收率。两种方式都可以制备的聚天冬氨酸衍生物的烷基接枝率以及亲水亲油性无差别，只是微波合成的分子量略高于一锅法合成的，收率也更高。但两种方法均制备过程简单，操作方便。

[0056] 另外，从实施例1～3的HLB值可以看出，通过烷基链链长不同可以控制其亲水亲油性，当烷基链越长时HLB值降低，HLB值越低代表亲水性越差，表明：通过烷基伯胺的控制确实可以调控聚天冬氨酸衍生物的亲水亲油性，且方案中通过控制，将其精准控制在9.5～11。

[0057] 实验2：将实施例5～8中制备L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物，同样核磁共振法测定L‑赖氨酸的接枝率B，参考专利CN202011494916.9中体外透皮实验，将预处理的小白鼠皮肤固定在透皮仪器的Franz扩散池上，将磷酸盐缓冲溶液作为接受液，扩散温度为32℃，搅拌速度为600rmp，将L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物通过微射流制备为脂质体，取50μL置于供体2
容器中，有效扩散面积为0.64cm ，预定时间为24小时，当吸收完成后，擦除残留的乳液，将小鼠皮肤研磨，使用二氯甲烷提取，用作测定含量，并计算出渗透率。

[0058] 实施例 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8接枝率B/％ 23％ 26％ 20％ 30％
渗透率 88％ 95％ 91％ 71％

[0059] 结论：实施例5和实施例6过程相似，只是实施例5使用的是微波法，实施例6为一锅法。由于分子量较高，且由于温度和加入和共同影响，使得接枝率低于实施例6。而渗渗透率物质的粒径有关，分子量越大，脂质体中纳米粒子尺寸越大，因此渗透率下降。而实施例7与实施例6对比区别在于烷基链长的不同，同样是为位阻影响，分子链长增加了纳米粒子尺寸，使得渗透率下降；实施例8中，由于未引入烷基链，使得制备的L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物，没有两性作用，使得渗透率骤减，因此烷基伯胺和L‑赖氨酸产生了协同作用。

[0060] 实验3：将实施例1制备的聚天冬氨酸衍生物和实施例6制备L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物用于真皮成纤维细胞的培养基中，培养3天，测得I型胶原蛋白浓度。

[0061] 结论：实验表明：L‑赖氨酸‑聚天冬氨酸衍生物比聚天冬氨酸衍生物促进的胶原蛋白浓度提高了36％。表明L‑赖氨酸的耦合能促进胶原蛋白的生成。

[0062] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。