由含二硫鍵材料制備官能化基底的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的實(shí)施方式涉及用于生成定制的官能化基底的方法和系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明提供的實(shí)施方式通過引入二硫鍵斷裂材料來改變含二硫鍵的原料，從而生成能夠用于各種應(yīng)用和各種化學(xué)和其他反應(yīng)、過程和方法的定制的官能化基底。
【專利說明】由含二硫鍵材料制備官能化基底的方法和系統(tǒng)
[0001]優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)
[0002]本申請要求2011年9月I日提交的美國臨時(shí)申請序列號(hào)為61/530016、發(fā)明名稱為“由含二硫鍵材料制備官能化基底的方法和系統(tǒng)”;以及2011年9月I日提交的美國臨時(shí)申請序列號(hào)為61/530012、發(fā)明名稱為“由含二硫鍵材料制備官能化基底的方法和系統(tǒng)”的優(yōu)先權(quán)，兩者通過參考全部被合并。
[0003]領(lǐng)域
[0004]本文所述的發(fā)明總體上涉及通過改變(modify)含二硫鍵材料產(chǎn)生定制的官能化基底的方法和系統(tǒng)以備用于所需的化學(xué)和其他反應(yīng)、過程和方法。
[0005]背景
[0006]石油是越來越昂貴的商品，影響著塑料材料的成本并最終影響終產(chǎn)品。此外，石油是不可持續(xù)的材料，受制于地理政治和環(huán)境因素，而這些因素會(huì)進(jìn)一步影響成本和未來的可用性。因此，有備選的不受地理政治和環(huán)境影響的化工原料以供聚合物生產(chǎn)和其他化學(xué)反應(yīng)是理想的。
[0007]羽毛可以提供此類備選方案。家禽羽毛由大約90%的角蛋白組成，是食品加工業(yè)中充足易得的副產(chǎn)物，其中大多數(shù)材料作為廢物處置。然而，以前記載的使用雞毛作為化學(xué)原料的嘗試或使用溶劑或刺激性化學(xué)品，或局限于提取角蛋白作為最終產(chǎn)品。
[0008]一旦制備，官能化基底可以用于各種應(yīng)用。烴基納米結(jié)構(gòu)、薄膜和其他構(gòu)件模塊的生產(chǎn)和使用中的已有嘗試包括:可以自組裝的用作藥物和化合物跨宿主細(xì)胞膜的納米傳送系統(tǒng)的短鏈多肽、過濾系統(tǒng)和藥物組合物的產(chǎn)生(美國專利號(hào)7671258，“表面活性劑肽納米結(jié)構(gòu)及其用途”);以及合成性聚合物補(bǔ)體的合成，其具有某種表面，而所述表面含有與靶標(biāo)，如納米結(jié)構(gòu)或大分子靶標(biāo)的表面位點(diǎn)互補(bǔ)并能與該靶標(biāo)相互作用的官能團(tuán)(美國專利號(hào)為6884842，“具有與靶標(biāo)互補(bǔ)表面的分子化合物”)。
[0009]概要
[0010]本文提供的實(shí)施方式涉及用于產(chǎn)生定制的官能化基底的方法和系統(tǒng)。特別地，本文提供的實(shí)施方式通過引入二硫鍵斷裂材料來改變含二硫鍵原料，從而形成用于各種應(yīng)用和各種化學(xué)和其他反應(yīng)、過程和方法學(xué)的定制的官能化基底。
[0011]三
[0012]在一實(shí)施方式中，提供制備官能化基底的方法。該方法包括將含二硫鍵材料引入多官能團(tuán)單體。含二硫鍵材料包括連接第一部分和第二部分的二硫鍵。多官能團(tuán)單體包括至少一個(gè)第一官能團(tuán)和至少一個(gè)第二官能團(tuán)。第一官能團(tuán)包括用于斷裂二硫鍵的二硫鍵斷裂材料。該方法還包括在不使用水、水性溶劑或非水溶劑的情況下實(shí)施固相反應(yīng)。實(shí)施固相反應(yīng)包括通過第一官能團(tuán)的二硫鍵斷裂材料斷裂二硫鍵，以及在第一部分和多官能團(tuán)單體之間形成第二鍵，從而形成官能化基底。
[0013]在一些實(shí)施方式中，第二官能團(tuán)是官能化基底上的反應(yīng)位點(diǎn)，適合促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。
[0014]在一些實(shí)施方式中，第二官能團(tuán)包括至少一個(gè)環(huán)，所述環(huán)適合被打開從而形成至
少一第三官能團(tuán)。[0015]在一些實(shí)施方式中，原料可以定制從而作為聚合物生產(chǎn)的化學(xué)原料為石油提供替代品?；蛘?，可以定制原料用于其他化學(xué)反應(yīng)和方法，例如為納米化學(xué)提供一種或多種烴構(gòu)件模塊?；蛘?，本發(fā)明提供的實(shí)施方式適用于再生和/或減少廢料，否則這些廢料可能對環(huán)境有負(fù)面影響。
[0016]在一些實(shí)施方式中，家禽羽毛和其他角蛋白材料可以用作可持續(xù)化學(xué)原料以便通過本文所述系統(tǒng)和方法合成和生成官能化基底。這些官能化基底可以用于，例如生產(chǎn)聚合物和生產(chǎn)烴和其他構(gòu)件模塊用于納米化學(xué)。這些官能化基底可以在成本部分中替代很多石油原料和從環(huán)境去除廢料。例如，角蛋白是生物可降解的，通過正確選擇單體，終產(chǎn)品可以是生物可降解的，該特性是工業(yè)中越來越需要的。
[0017]本文描述的實(shí)施方式目的在于合成可定制官能化基底以備用于其他化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)選擇用于合成的多官能團(tuán)單體(和它們的官能團(tuán))。在一些實(shí)施方式中，包含至少一種作為二硫鍵斷裂材料的官能團(tuán)(例如，硫醇(-SH)基)的多官能團(tuán)單體用于斷裂二硫鍵，其目的不是提取角蛋白，而是專門將角蛋白或其他含二硫鍵的材料制備成官能化基底以供進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)用可以包括生產(chǎn)塑料、涂層、粘合劑、泡沫絕緣材料和其他聚合物，以及在其他化學(xué)學(xué)科中的應(yīng)用。
[0018]或者，可以定制官能化基底從而提供反應(yīng)位點(diǎn)化學(xué)選擇性。這可以(但不一定)通過引入連接于官能化基底的官能團(tuán)的“保護(hù)性”官能團(tuán)(或含保護(hù)性官能團(tuán)的材料)并阻止前者發(fā)生非所需反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。這種化學(xué)選擇性對于固相合成和某些納米化學(xué)應(yīng)用是理想的。也可以定制官能化基底，通過還原或其他化學(xué)反應(yīng)提供用于固相合成、納米化學(xué)和其他應(yīng)用的肽和蛋白質(zhì)鏈來源。
[0019]在一些實(shí)施方式中，使用含二硫鍵原料，然后通過引入選擇的二硫鍵斷裂材料將它們合成為定制的官能 化基底。
[0020]在一些實(shí)施方式中，本文描述的方法和系統(tǒng)通過引入選擇來實(shí)現(xiàn)所需結(jié)果的二硫鍵斷裂材料(例如硫醇-二硫鍵交換中的硫醇基-SH)來改變含二硫鍵原料生成用于其他化學(xué)反應(yīng)的定制官能化基底。特別地，所述方法和系統(tǒng)提供通過引入一種或多種多官能團(tuán)單體來官能化包含，例如蛋白質(zhì)、肽的基底或其他包含二硫鍵材料的方法。多官能團(tuán)單體包括至少兩種官能團(tuán)，其中一種官能團(tuán)是二硫鍵斷裂材料(如硫醇基-SH)。二硫鍵斷裂材料用于斷裂交聯(lián)原料的半胱氨酸殘基之間的二硫(S-S)鍵，并在半胱氨酸殘基之一和攻擊硫醇基或其他二硫鍵斷裂材料之間重組二硫鍵?？梢愿鶕?jù)選擇用于官能化的多官能團(tuán)單體和它們的官能團(tuán)來定制官能化基底的鏈長、反應(yīng)位點(diǎn)、交聯(lián)和其他特征以及其成分。
[0021]本文提供的實(shí)施方式可以采用蛋白質(zhì)、肽、和包含二硫鍵任何材料。應(yīng)理解盡管以下描述的實(shí)施方式描述了蛋白質(zhì)角蛋白的使用，但包含二硫鍵的其他材料如硫化橡膠(輪胎)可能作為化學(xué)原料用于生產(chǎn)官能化基底。角蛋白是可持續(xù)的化學(xué)原料，可以在鳥類羽毛、毛發(fā)、羊毛和其他來源中找到。.[0022]半胱氨酸殘基
【權(quán)利要求】
1.一種制備官能化基底的方法，包括: 將含二硫鍵材料引入多官能團(tuán)單體，所述含二硫鍵材料包括連接第一部分和第二部分的二硫鍵，所述多官能團(tuán)單體包括至少一個(gè)第一官能團(tuán)和至少一個(gè)第二官能團(tuán)，所述第一官能團(tuán)包括用于斷裂二硫鍵的二硫鍵斷裂材料；和 無需使用水、水性溶劑或非水性溶劑進(jìn)行固相反應(yīng)，其中，所述進(jìn)行固相反應(yīng)包括: 通過所述第一官能團(tuán)的二硫鍵斷裂材料斷裂所述二硫鍵；和 在所述第一部分和所述多官能團(tuán)單體之間形成第二鍵，從而形成官能化基底。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二官能團(tuán)是所述官能化基底上的反應(yīng)位點(diǎn)，適合促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含二硫鍵材料是包括蛋白質(zhì)、禽類羽毛、頭發(fā)、羊毛角蛋白或硫化橡膠的原料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述二硫鍵斷裂材料包括硫醇基，且所述第二鍵是二硫鍵。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二官能團(tuán)包括酸酐、酰鹵、醇、醛、烯烴、炔烴、胺、羧酸、酯和/或硫醇中的至少一個(gè)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二官能團(tuán)包括至少一個(gè)環(huán)，所述環(huán)適合被打開從而形成至少一第三官能團(tuán)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二官能團(tuán)是含環(huán)官能團(tuán)，包括內(nèi)酯、交酯、內(nèi)酰胺和/或環(huán)狀醚。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多官能團(tuán)單體包括三羥甲基丙烷三(2-巰基乙酸酯)、三羥甲基丙烷三(2-巰基丙酸酯)、季戊四醇四(2-巰基乙酸酯)、或季戊四醇四(2-巰基丙酸酯)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多官能團(tuán)單體包括三個(gè)或更多個(gè)第二官能團(tuán)。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過所述二硫鍵連接的所述第一和第二部分是半胱氨酸殘基。
11.一種聚合方法，其特征在于，包括: 提供如權(quán)利要求1中所述的官能化基底，和 在所述官能化基底上引發(fā)聚合反應(yīng)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 加入一種或多種單體從而與至少一個(gè)第二官能團(tuán)反應(yīng)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 使用引發(fā)劑引發(fā)所述聚合反應(yīng)，所述引發(fā)劑包括UV光、熱引發(fā)劑和/或催化劑中至少一個(gè)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 將第二單體引入所述含二硫鍵材料和所述多官能團(tuán)單體，和 通過所述第二單體自引發(fā)所述聚合反應(yīng)。
15.如權(quán)利要求1 1所述的方法，其特征在于，所述第二單體是大分子單體。
【文檔編號(hào)】C08J7/16GK103906799SQ201280053382
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月1日
【發(fā)明者】J·A·斯皮瓦薩克, R·皮爾遜, K·W·理查茲, K·D·齊格里諾 申請人:阿斯彭研究公司