论文总字数：13890字

目 录

ABSTRACT 4

一、 前言 5

（一） 二肽高分子胶 5

1． 胶的粘性 5

2． 胶黏剂 5

3． 赖氨酸 7

4． 多巴 7

5． 赖氨酸与多巴的协同作用 8

（二） 制备方法 9

1． 二肽的制备 9

2． 合成方法 9

图五 合成路线 10

图六 聚合反应示意图 10

二、 实验 11

（一） 实验仪器 11

（二） 实验试剂 11

（三） 实验过程 11

第①步 多巴氨基上Fmoc保护基 11

第②步 将多巴的两个羟基保护起来 12

第③步 去掉Fmoc保护基 13

第④步 Lys-Dopa 序列的合成 13

（四） 分析讨论： 14

第二步的反应的主要问题是在分离的时候没有将产品完全分离开来。 15

三、 结论 18

四、 致谢 20

摘要

近些年来，胶黏剂在日常生活和生产上的应用十分广泛。不同的胶因成分的不同具有不同的性质，而拥有不同的使用价值。随着对贻贝足丝蛋白的粘附性能的研究发现3，4-二羟基苯丙氨酸残基（Dopa）是这类蛋白在不同表面上具有粘性的主要原因，还有研究表明，当Dopa邻位具有赖氨酸残基（Lys）时，其粘附性能得到了显著地优化。基于这些研究，本论文设计了富含Lys-Dopa序列的二肽高分子，制备了可高聚化的单体2-甲基丙烯酰胺化的Lys-Dopa，然后进行聚合反应制备目标高分子，并计划研究此类化合物的粘附性能。

关键字：赖氨酸，多巴，胶水，二肽，粘附性能

ABSTRACT

In recent years, adhesive reagents have widespread applications in industry and daily life. Different kinds of glues have different characters. Inspired with the adhesion property of mussel foot proteins, it has been found that 3,4-dihydroxyphenylalanine (Dopa) is the main moiety responsible for this protein to stick on different surfaces. Studies also disclosed that the adhesion property of some proteins is improved evidently if there is a vicinal lysine residue near each Dopa residue. In this dissertation, we have designed and synthesized a polymerizable dipeptide which has a sequence of Lys-Dopa modified by 2-methacryl group.

KEYWORDS: Lysine, 3,4-dihydroxyphenylanaline (Dopa), hydrogels, dipeptide, self-assembly

前言

二肽高分子胶

胶的粘性

粘性是指在特定的物理化学作用下相邻层之间的一种粘结性。根据吸附理论，胶黏力是指由界面之间分子的接触所产生的，当表面在接触良好的条件下，使分子之间的距离不断接近时，两个分子之间会产生引力。这种引力就是胶黏剂的粘性作用¹。也就是说，胶黏剂是通过各种化学键，包含离子键，共价键，金属键和范德华力等分子间相互作用产生分子接触从而具有黏性。

图一 胶的粘接示意图

胶黏剂

1. 胶黏剂的原理²

根据扩散理论，胶黏现象的产生与溶解参数有关。胶黏反应是分子扩散的结果。两种物质的溶解参数越接近，其分子的相互扩散程度就越高。也就是说，只有当胶黏剂的溶解参数与被胶黏的物体的溶解参数接近时，这两种物质才会发生胶黏反应。

1. 胶黏剂的分类及特点³

生活中较为常见的胶黏剂是瞬间固化型胶黏剂，这种胶黏剂中有大量的α-氰基苯烯酸酯单体，这种单体的存在使得胶黏剂的固化过程可以在数秒内完成，使用方便。因此广泛的应用于日常生活和部分工业生产中。但是，这种胶黏剂耐热性和防水性差，经常存在脱胶的现象。还有一种常见的胶黏剂是湿气固化胶黏剂，其胶黏作用原理是在水汽的作用下发生交联缩合，从而产生胶黏现象。而热熔胶黏剂是通过加热的方式使之融化，涂抹在待胶黏的表面，冷却后发生固化，从而使两个物体粘在一起。最后一种是无机胶黏剂，即胶黏剂的成分是无机物，主要以硅酸盐和磷酸盐组成。这种胶黏剂主要用于粘接玻璃和金属等物质。

1. 多肽胶黏剂⁴

相比于上述的有机或无机胶黏剂，多肽胶黏剂多以生物分子所特有的生物兼容性、低毒性等优点并基于天然生物高分子胶黏剂为出发点研究高质量的胶黏剂。以贻贝为例，这种海洋生物体可分泌丝足蛋白，这种蛋白质的存在使得贻贝在海洋这种高湿度，水体高流速，盐类种类繁多的情况下依然可以保持与壳体很好的粘接在一起。丝足蛋白有5种类型，每种类型的组成成分不同，作用机制也不同。Mefd-1是最主要的成分，分子量也是最高的。主要存在于外表面涂层中，其中有十肽的重复单元，使之具有亲水性和亲碱性。

有关胶黏剂物质的组成参考了贻贝类生物脚部的蛋白质与贝壳内部之间的物质。因为很多胶黏剂的作用效果受环境的潮湿度，pH值，以及盐的影响，局限性很大。但是贻贝类生物在海水中依然可以很好的粘附在壳的内壁上。对这种蛋白质的研究发现，该蛋白质富含茶酚多巴和赖氨酸的残基。同时这两种残基间的协同作用使该蛋白质的粘附效果大大增加。

图二 贻贝通过多巴粘附的可能化学机制⁴

粘附性的大小与两种力有关，一种是分子之间的作用，另一种是内聚力。Dopa中的酚羟基可以提供H原子，与金属表面形成形成氢键，氢键是比较强的分子间作用力。这种氢键的强度远远大于水与金属表面形成的氢键。同时，Dopa的残基与其他芳香基之间可以形成π-π非共价电子相互作用。这个相互作用可以增加含Dopa的胶黏剂的黏着性，可以很好地粘附在含芳香化合物的表面。同时，Dopa也可以和其它基团形成共价键，增强内聚力，进一步提升其粘附性。

赖氨酸

赖氨酸，是人体及其他生命体生命活动中所必需的营养物质。属于碱性必备氨基酸。它可以促进人体的发育，增强生物体对抗病毒及环境变化的能力，提高中枢神经系统的灵活程度。因此，人类对赖氨酸的需求量很高，而赖氨酸在主食中含量较低且在日常的烹饪或提取加工中容易被破坏。因此，近些年来有很多学者对赖氨酸的合成进行了研究。山东大学王俊铭在2015年对赖氨酸的生产途径进行了研究。其中在早期的研究中，合成方法主要包括化学合成法和蛋白质水解法。这两种方法受到了很多方面的限制。如合成原料有限，合成的耗时久，合成的步骤繁琐以及存在着一定的环境污染问题。因此近些年来这两种方法已经逐步得被微生物法所替代。这种微生物法也分为三种，有两步发酵法，酶法和直接发酵法⁵。此外，赖氨酸的相关修饰与其他氨基酸相比较为复杂。它的残基也会参与修饰，最为常见的便是乙酰化和泛素化。

赖氨酸按存在形式来划分可以分为两种，L-型和D-型。这两种形式互为同分异构体。结构不同，作用也不同。相比之下L-赖氨酸的有效成分含量较高，通常可以达到77%以上，而D-型赖氨酸的有效成分要比L-型氨基酸低。

多巴

多巴化学名为二羟苯丙氨酸，也叫左旋多巴。外观为白色或无色的结晶体或粉末。是一种治疗帕金森症状药物的主要成分。同时多巴还具有很强的粘附性。可以用于粘附有机和无机材料的表面。因此可以用来作为研究粘性水凝胶的主要成分⁶。

图三 多巴与表面作用机理⁷

上图为多巴与不同表面的作用机理，多巴与九种不同的表面之间的排斥力都在60-90 pN之间。一些研究认为多巴之所以可以与多种表面相粘接，是因为多巴上拥有两个氢键，这两个氢键可以和被粘接的表面形成配合物⁷。不仅是在普通的物体表面，多巴还在湿润的情况下对粘接起到了重要作用。这种粘接力的大小直接受到了多巴的质子化或去质子化调节的影响。

图四分别为赖氨酸和多巴的结构图，赖氨酸Lys的侧基含有氨基，具有碱性，在生理条件下一般以质子化的状态存在；而多巴Dopa分子中其与表面粘附作用的是邻苯二酚基团上的两个酚羟基，它们可以与不同表面的分子之间产生氢键相互作用以及离子相互租用，而邻苯二酚基团的苯环还可以与不同表面分子间π-π产生堆叠作用和疏水相互作用。

图四 赖氨酸（Lys）和多巴（Dopa）的结构

赖氨酸与多巴的协同作用

胶的粘性对湿度有一定的要求，湿度大可以使粘性增加。而赖氨酸的存在可以增加胶的湿度。同时多巴的残留物可以和氧化物形成双齿配位和氢键，并形成疏水作用。研究表明⁸，赖氨酸与多巴的共聚物可以增强这种作用。尤其是在赖氨酸的侧链氨基在未受到保护的情况下，这种协同作用会大大增强⁹。上文提到的，胶的作用机理是化学键和弱相互作用的作用，因此在高分子序列中添加Lys-Dopa的序列可以增强胶的粘性。

制备方法

二肽的制备

二肽的制备与蛋白质和多肽相比，目前缺少有效的制备方法。同时其生理基础也不是很明确¹⁰。据天津科技大学范晓光等人的研究表明，目前生产二肽的主要方法为天然提取法，化学合成法，化学-酶转化法。其中天然提取法受到提取材料的限制，效率不理想，因此化学合成法和化学-酶转化法为较为经典的方法。本实验应用的主要制备方法为化学合成法。

合成方法

化学合成法以氨基酸为原料，通过化学合成人工合成肽键，得到二肽。主要步骤为以下几步：1、因反应的主要部为氨基和羧基，其它的部分不参与反应，因此，要将除氨基和羧基以外的其它活性官能团保护起来。2、激活被保护的氨基酸中游离的羧基和氨基。这一步是为氨基和羧基的脱水缩合做准备。3、将氨基和羧基连接 4、去除氨基酸中所有的保护基团，使其回到原始被保护前的状态。这也是合成二肽的最后一步，将保护基团脱去以后，便可以得到想要二肽。

在这次毕业设计实验中，本毕业论文的目标的二肽是Lys-Dopa序列。由于多巴的邻苯二酚基团易于被空气氧化，为了保证合成反应的顺利进行，我们首先将两个羟基形成缩酮进行保护。但是在实际操作的过程中，为避免多巴的α-氨基及羧基干扰酚羟基的保护反应，我们首先分别将羧基转化成甲酯和把氨基用9-芴甲氧羰基（Fmoc）保护起来，然后，用2，2-二甲氧基丙烷与多巴的邻苯二酚反应形成环状缩酮进行保护。碱性条件下脱除Fmoc基团后可以使衍生的多巴H-Dopa(ac)-OMe与赖氨酸Fmoc-Lys(Boc)-OH进行偶合制备二肽Fmoc-Lys(Boc)- Dopa(ac)-OMe，再将Fmoc移除释放氨基后引入2-甲基丙烯酰基就可得到可供聚合的单体MA-Lys(Boc)-Dopa(ac)-OMe。

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