一种富氮多孔有机聚合物材料及制备和应用
阅读说明：本技术 一种富氮多孔有机聚合物材料及制备和应用 (Nitrogen-rich porous organic polymer material, preparation and application ) 是由 欧俊杰 孙传盛 李亚 叶明亮 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于多孔有机聚合物(POPs)材料的制备,并将其用于糖肽富集。具体是将分别含有醛基的对苯二甲醛(pPAL)和氨基的碳酰肼(CH)两种有机单体混合,然后在酸催化条件下发生氨醛缩合反应,即可一步制备出具有高的比表面积和较好晶型结构的多孔有机聚合物材料。所制备的多孔有机聚合物材料(pPAL-CH)具有相对较好的稳定性和大的比表面积。最后将所制备的多孔有机聚合物材料应用于N-糖基化肽段的富集。(The invention relates to a preparation method of Porous Organic Polymer (POPs) based materials, and the POPs based materials are used for glycopeptide enrichment. The preparation method specifically comprises the steps of mixing two organic monomers of terephthalaldehyde (pPAL) containing aldehyde groups and Carbohydrazide (CH) containing amino groups respectively, and then carrying out an ammonia aldehyde condensation reaction under the acid catalysis condition to prepare the porous organic polymer material with high specific surface area and better crystal structure in one step. The prepared porous organic polymer material (pPAL-CH) has relatively good stability and large specific surface area. And finally, applying the prepared porous organic polymer material to enrichment of the N-glycosylated peptide section.)
技术领域
本发明具体涉及一种富氮多孔有机聚合物材料的制备，该多孔有机聚 合物材料可用于糖肽吸附。
背景技术
近年来，由于多孔有机聚合物(POPs)(Zhang Y.,Riduan S.N.Functional porousorganic polymers for heterogeneous catalysis[J].Chemical Society Reviews,2012,41(6):2083-2094)具有较轻的骨架密度和高的比表面积，使 其在分离、异相催化、气体存储和传感等领域备受关注。目前，不同类型 的POPs已经被相继开发和应用。由多种轻元素(C，Si、B、O、N)之间形 成强的共价键有助于POPs的合成。研究人员选用不同官能团的芳香族化合 物作为构筑基元，合成了各种新型POPs材料。目前，常用的方法包括钯催 化的Sonogashira-Hagihara偶联(Jiang J.X.,Su F.,Trewin A.,et al.Conjugatedmicroporous poly(aryleneethynylene)networks[J].Angewandte ChemieInternational Edition,2008,47(7):1167-1167)反应以及Buchwald-Hartwig偶 联反应。由于传统的POPs合成方法需要使用昂贵的催化剂，难以满足工业 化生产的需求，因此迫切需要开发操作简单、成本低廉的POPs合成的新方 法。基于氨醛缩合的合成条件温和、易于操作、且无需使用催化剂，故有 望被广泛应用于POPs的合成。
N-糖基化是最常见的蛋白质糖基化类型。然而，由于N-糖基化的丰度 低且存在其它高丰度组分的干扰，使得利用质谱直接分析N-糖基化肽段仍 具有较大挑战。因此，研究人员已经开发了多种特异性富集糖肽的方法， 包括凝集素亲和色谱法、硼酸亲和色谱法、酰肼化学法和亲水相互作用色 谱法(Xiong Z.,Zhao L.,Wang F.,et al.Synthesis ofbranched PEG brushes hybrid hydrophilic magnetic nanoparticles for theselective enrichment of N-linked glycopeptides[J].Chemical Communications,2012,48(65):8138-8140)等。其 中，HILIC具有操作简单、特异性高、重现性好等优点，被广泛应用于糖基 化翻译后修饰组学的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种富氮多孔有机聚合物材料及其制备，可利 用其大的比表面积和大量的氨基功能团将该材料应用于糖肽的富集。
一种富氮多孔有机聚合物材料，该富氮多孔有机聚合物材料结构单元 示意式如下，
为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体包括如下内容：
具有糖肽富集作用的是制备过程简单、稳定性较好且比表面积较大的 多孔有机聚合物。
(1)富氮多孔有机聚合物材料的制备
两个带有不同官能团的对苯二甲醛和碳酰肼前驱体称于5～15mL安瓿 瓶中，加入1,4-二氧六环作为溶剂，再加入醋酸溶液作为催化剂后超声5～15 min，获得均匀的分散液。真空封管，在100～140℃马弗炉中回流70～80h， 两单体之间发生氨醛缩合反应，反应结束后，所得产物依次用，N,N-二甲基 甲酰胺，无水四氢呋喃洗涤，然后置于80～100℃的真空干燥箱中干燥12～24 h。制备得到的具有较大比表面积的多孔有机聚合物材料可应用于糖肽的富 集。
(2)应用
采用1～6mg材料富集IgG酶解液中的糖肽。具体过程如下，首先将5～20 μg IgG蛋白质酶解液用100～400μL上样液稀释，加入该亲水性材料(多孔 有机聚合物材料)后，室温震荡5～15min。离心，除去上清液。然后采用 上样液清洗，以除去非糖肽和其他杂质。接着加入50～200μL洗脱液并室温 震荡15～30min后，混合物离心，取上清液用MALDI-TOF/MS分析。
本发明是将分别含有醛基的对苯二甲醛(pPAL)和氨基的碳酰肼(CH) 两种有机单体混合，然后在酸催化条件下发生氨醛缩合反应，即可一步制 备出具有高的比表面积和较好晶型结构的多孔有机聚合物材料。所制备的 多孔有机聚合物材料(pPAL-CH)具有相对较好的稳定性和大的比表面积。 最后将所制备的多孔有机聚合物材料应用于N-糖基化肽段的富集。
本发明的有益效果
1.本发明制备了一种富氮多孔有机聚合物材料，制备得到的多孔有机 聚合物可以应用于糖肽的富集。
2.本发明所制备的多孔有机聚合物材料通过氨醛缩合反应完成，相对 于需要昂贵的过渡金属催化的Sonogashira-Hagihara和Suzuki-Miyaura两种 的交叉偶联反应，利用此反应制备多孔有机聚合物材料可避免使用大量金 属，所需反应单体廉价反应条件相对温和，制备过程简单可控且绿色灵活。
3.本发明所述的多孔有机聚合物材料以对苯二甲醛和碳酰肼为前驱 体，通过氨醛缩合反应合成了具有高比表面积和较好有序结构的新的多孔 有机聚合物材料pPAL-CH。
4.本发明所述的多孔有机聚合物材料应用于糖肽的富集，对N-糖肽有 较高的吸附容量。
附图说明
图1为多孔有机聚合物材料(pPAL-CH)的制备示意图。
图2为实施例1中产物pPAL-CH的傅里叶变换红外光谱图。如图2，1670 cm-1归属于pPAL-CH中-C＝N-的伸缩振动。
图3为实施例1中pPAL-CH的固体核磁图。如图，两个特征信号157ppm 和161ppm分别归属于-C＝N-和-C＝O的核磁共振信号。
图4为实施例1中pPAL-CH的粉末衍射谱图。如图4，根据实施例一 合成pPAL-CH具有较好的晶型结构。
图5为实施例1中pPAL-CH的扫描电镜图。扫描电镜图观察TFB-CHEDA 的相貌和尺寸，结果如图5所示，pPAL-CH为菜花状结构。
图6为实施例1中pPAL-CH的N2吸附/脱附等温线以及根据等温线得到 的比表面积的大小。如图，氮气吸附-解吸法测得pPAL-CH比表面积，根据 BET(Brunauer-Emmett-Teller)模型计算pPAL-CH的比表面积为238m2/g。
图7为实施例1IgG酶解液经pPAL-CH材料富集前后的MALDI-TOF/MS 质谱图。(a)富集前(b)经pPAL-CH富集后。如图，富集前非糖肽丰度很 高；富集后，非糖肽明显减少，糖肽数量和数目明显增加。
表1为N-糖肽的分子质量、糖肽组成以及氨基酸序列。
具体实施方式
实施例1
1、向5mL安瓿瓶中加入32mg碳酰肼。
2、向上述离心管中加入48mg的对苯二甲醛。
3、向上述离心管中加入3mL二氧六环以及0.3mL醋酸水(6M)溶 液。
4、将上述离心管超声15min使其中的各个组分混合均匀。
5、将步骤4中得到的混合溶液在真空状态下封管。
6、将步骤5中密封的安瓿瓶置于120℃气相炉中反应72h。
7、依次用N,N-二甲基甲酰胺和无水四氢呋喃清洗材料，以去除反应 溶剂及小分子寡聚物。
8、取步骤7中所得比表面积大小为238m2/g的POP材料2mg于600 μL的离心管中，而后加入15μg经过胰蛋白酶酶解的免疫球蛋白(IgG)酶 解液添加到上述离心管中，25℃，1500rpm恒温振荡器中孵育30min，然 后分别经过淋洗和洗脱将富集到的糖肽进行质谱分析时，质谱图以非糖肽 峰为主，经过pPAL-CH富集后，非糖肽几乎完全被除去，检测出15条糖肽， N-糖肽的分子质量和糖肽组成如表1所示。
表1.N-糖肽的分子质量和糖肽组成(N*代表N糖基化位点).
实施例2
1、向5mL安瓿瓶中加入32mg碳酰肼。
2、向上述离心管中加入48mg的对苯二甲醛。
3、向上述离心管中加入3mL二氧六环以及0.3mL醋酸水(6M)溶 液。
4、将上述离心管超声15min使其中的各个组分混合均匀。
5、将步骤4中得到的混合溶液在真空状态下封管。
6、将步骤5中密封的安瓿瓶置于80℃气相炉中反应72h。
7、依次用N,N-二甲基甲酰胺和无水四氢呋喃清洗材料，以去除反应 溶剂及小分子寡聚物。
8、取步骤7中所得比表面积大小为94m2/g的POP材料2mg于600μL 的离心管中，而后加入15μg经过胰蛋白酶酶解的免疫球蛋白(IgG)酶解 液添加到上述离心管中，25℃，1500rpm恒温振荡器中孵育30min，然后 分别经过淋洗和洗脱将富集到的糖肽进行质谱分析时，质谱图以非糖肽峰 为主，经过pPAL-CH富集后，非糖肽几乎完全被除去，检测出3条糖肽， 其质荷比分别为m/z＝2633.99、2796.05和2958.10。
实施例3
1、向5mL安瓿瓶中加入22mg碳酰肼。
2、向上述离心管中加入32mg的对苯二甲醛。
3、向上述离心管中加入2mL二氧六环以及0.2mL醋酸水(6M)溶 液。
4、将上述离心管超声15min使其中的各个组分混合均匀。
5、将步骤4中得到的混合溶液在真空状态下封管。
6、将步骤5中密封的安瓿瓶置于100℃气相炉中反应72h。
7、依次用N,N-二甲基甲酰胺和无水四氢呋喃清洗材料，以去除反应 溶剂及小分子寡聚物。
8、取步骤7中所得比表面积大小为161m2/g的POP材料2mg于600 μL的离心管中，而后加入15μg经过胰蛋白酶酶解的免疫球蛋白(IgG)酶 解液添加到上述离心管中，25℃，1500rpm恒温振荡器中孵育30min，然 后分别经过淋洗和洗脱将富集到的糖肽进行质谱分析时，质谱图以非糖肽 峰为主，经过pPAL-CH富集后，非糖肽几乎完全被除去，检测出8个糖肽。 其质荷比分别为m/z＝2602.01、2633.99、2764.04、2796.05、2839.06、2926.10、2999.11和2958.10。
实施例4
1、向5mL安瓿瓶中加入32mg碳酰肼。
2、向上述离心管中加入48mg的对苯二甲醛。
3、向上述离心管中加入1.5mL二氧六环，1.5mL均三甲苯以及0.3mL 醋酸水(6M)溶液。
4、将上述离心管超声15min使其中的各个组分混合均匀。
5、将步骤4中得到的混合溶液在真空状态下封管。
6、将步骤5中密封的安瓿瓶置于120℃气相炉中反应72h。
7、依次用N,N-二甲基甲酰胺和无水四氢呋喃清洗材料，以去除反应溶 剂及小分子寡聚物。
8、PXRD表征测试以验证在该溶剂体系下两单体未形成较好的晶形结 构，仅在2θ＝20°处有一个宽的峰存在。故该溶剂体系不适合制备这种晶型 有序结构的POP。
实施例5
1、向5mL安瓿瓶中加入32mg碳酰肼。
2、向上述离心管中加入48mg的对苯二甲醛。
3、向上述离心管中加入3mL均三甲苯以及0.3mL醋酸水(6M)溶 液。
4、将上述离心管超声15min使其中的各个组分混合均匀。
5、将步骤4中得到的混合溶液在真空状态下封管。
6、将步骤5中密封的安瓿瓶置于120℃气相炉中反应72h。
7、依次用N,N-二甲基甲酰胺和无水四氢呋喃清洗材料，以去除反应 溶剂及小分子寡聚物。
8、PXRD表征测试以验证在该溶剂体系下两单体未形成较好的晶形结 构，仅在2θ＝20°处有一个宽的峰存在。故该溶剂体系同样不适合制备这种 晶型有序结构的POP。
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