[发明专利]由含二硫键材料制备官能化基底的方法和系统

说明书

优先权数据

本申请要求2011年9月1日提交的美国临时申请序列号为61/530016、发明名称为“由含二硫键材料制备官能化基底的方法和系统”；以及2011年9月1日提交的美国临时申请序列号为61/530012、发明名称为“由含二硫键材料制备官能化基底的方法和系统”的优先权，两者通过参考全部被合并。

领域

本文所述的发明总体上涉及通过改变(modify)含二硫键材料产生定制的官能化基底的方法和系统以备用于所需的化学和其他反应、过程和方法。

背景

石油是越来越昂贵的商品，影响着塑料材料的成本并最终影响终产品。此外，石油是不可持续的材料，受制于地理政治和环境因素，而这些因素会进一步影响成本和未来的可用性。因此，有备选的不受地理政治和环境影响的化工原料以供聚合物生产和其他化学反应是理想的。

羽毛可以提供此类备选方案。家禽羽毛由大约90％的角蛋白组成，是食品加工业中充足易得的副产物，其中大多数材料作为废物处置。然而，以前记载的使用鸡毛作为化学原料的尝试或使用溶剂或刺激性化学品，或局限于提取角蛋白作为最终产品。

一旦制备，官能化基底可以用于各种应用。烃基纳米结构、薄膜和其他构件模块的生产和使用中的已有尝试包括：可以自组装的用作药物和化合物跨宿主细胞膜的纳米传送系统的短链多肽、过滤系统和药物组合物的产生(美国专利号7671258，“表面活性剂肽纳米结构及其用途”)；以及合成性聚合物补体的合成，其具有某种表面，而所述表面含有与靶标，如纳米结构或大分子靶标的表面位点互补并能与该靶标相互作用的官能团(美国专利号为6884842，“具有与靶标互补表面的分子化合物”)。

概要

本文提供的实施方式涉及用于产生定制的官能化基底的方法和系统。特别地，本文提供的实施方式通过引入二硫键断裂材料来改变含二硫键原料，从而形成用于各种应用和各种化学和其他反应、过程和方法学的定制的官能化基底。

三

在一实施方式中，提供制备官能化基底的方法。该方法包括将含二硫键材料引入多官能团单体。含二硫键材料包括连接第一部分和第二部分的二硫键。多官能团单体包括至少一个第一官能团和至少一个第二官能团。第一官能团包括用于断裂二硫键的二硫键断裂材料。该方法还包括在不使用水、水性溶剂或非水溶剂的情况下实施固相反应。实施固相反应包括通过第一官能团的二硫键断裂材料断裂二硫键，以及在第一部分和多官能团单体之间形成第二键，从而形成官能化基底。

在一些实施方式中，第二官能团是官能化基底上的反应位点，适合促进化学反应。

在一些实施方式中，第二官能团包括至少一个环，所述环适合被打开从而形成至少一第三官能团。

在一些实施方式中，原料可以定制从而作为聚合物生产的化学原料为石油提供替代品。或者，可以定制原料用于其他化学反应和方法，例如为纳米化学提供一种或多种烃构件模块。或者，本发明提供的实施方式适用于再生和/或减少废料，否则这些废料可能对环境有负面影响。

在一些实施方式中，家禽羽毛和其他角蛋白材料可以用作可持续化学原料以便通过本文所述系统和方法合成和生成官能化基底。这些官能化基底可以用于，例如生产聚合物和生产烃和其他构件模块用于纳米化学。这些官能化基底可以在成本部分中替代很多石油原料和从环境去除废料。例如，角蛋白是生物可降解的，通过正确选择单体，终产品可以是生物可降解的，该特性是工业中越来越需要的。

本文描述的实施方式目的在于合成可定制官能化基底以备用于其他化学反应。根据需要实现的化学反应选择用于合成的多官能团单体(和它们的官能团)。在一些实施方式中，包含至少一种作为二硫键断裂材料的官能团(例如，硫醇(-SH)基)的多官能团单体用于断裂二硫键，其目的不是提取角蛋白，而是专门将角蛋白或其他含二硫键的材料制备成官能化基底以供进一步的化学反应。应用可以包括生产塑料、涂层、粘合剂、泡沫绝缘材料和其他聚合物，以及在其他化学学科中的应用。

或者，可以定制官能化基底从而提供反应位点化学选择性。这可以(但不一定)通过引入连接于官能化基底的官能团的“保护性”官能团(或含保护性官能团的材料)并阻止前者发生非所需反应来实现。这种化学选择性对于固相合成和某些纳米化学应用是理想的。也可以定制官能化基底，通过还原或其他化学反应提供用于固相合成、纳米化学和其他应用的肽和蛋白质链来源。

在一些实施方式中，使用含二硫键原料，然后通过引入选择的二硫键断裂材料将它们合成为定制的官能化基底。