本文介绍了如何使用4-氨基-L-苯丙氨酸来合成4-氨基-l-苯丙氨酸生物聚酰亚胺颗粒。

简述：4-氨基-L-苯丙氨酸，英文名称：4-Aminophenylalanine，CAS：943-80-6，分子式：C9H12N2O2，外观与性状：白色针状晶体。4-氨基-L-苯丙氨酸是L-苯丙氨酸的类似物。

应用：合成4-氨基-l-苯丙氨酸生物聚酰亚胺颗粒。

聚酰亚胺（PIs）是一类超高性能塑料，由于其出色的机械耐久性以及高热稳定性和化学稳定性，使其能够耐受恶劣的环境，因此被广泛用于电子设备和航空航天应用。

Thawinda Hirayama等人通过芳香族二胺4-氨基-L-苯丙氨酸（4APhe）二聚体通过缩聚合成了具有二酮哌嗪（DKP）成分的自组装聚酰亚胺（PIs）。氨基酸衍生的PIs表现出较高的耐热性，失重温度为10%（第10天），在最高432℃时，在热分解温度以下没有表现出任何玻璃化转变。聚氨基酸（PAA）前体在二甲基乙酰胺上再沉淀到水中后形成纳米球。然后将纳米球添加到具有不同极性的溶剂中并进行超声处理，以诱导球形变形为尖刺球、薄片或棒状。两步亚胺化后，PAA颗粒形貌保留在PIs中。最后，形成具有自组装DKP部分的PI颗粒。由4APhe通过逐步保护和脱保护的简单耦合合成生物基芳香族二胺3,6-二（4-氨基苯甲基）-2,5-二酮哌嗪（DKP-4APhe）。具体如下：

（1）单体合成

通过逐步4APhe二聚化合成了含有2,5-DKP中心核心DKP-4APhe的生物基芳香族二胺（见方案1）。首先，将4AP中的芳香胺基团用氯甲酸苄酯（z-）保护，得到4APhe-z。在三甲基氯硅烷（TMSCl）存在下，分别用甲醇（甲基-）和二碳酸二叔丁酯（Boc-）对羧酸和α-胺基团进行连续保护，分别得到甲基-4APhe-z和Boc-4APhe-z。然后，在缩合试剂存在下，通过甲基-4APhe-z和Boc-4APhe-z的酰胺偶联合成了线性二肽。在最后一步中，Boc与α胺基团脱保护，该基团通过与甲酯反应连续环化，形成中心2,5-DKP环（总产率;29wt%）。

（2）聚合物合成

将制备的二胺DKP-4APhe与化学计量量的二酐、均苯四甲酸二酐（PMDA）、3,3′，4,4′-二苯甲酮四甲酸二酐（BTDA）、4,4′-氧代双邻苯二甲酸酐（OPDA）、3,3′，4,4′-二苯基砜四羧酸二酐（DSDA）、3,4,3′，4′-联苯四甲酸二酐（BPDA）、1,2,3,4′-环丁烷四甲酸二酐（CBDA）和5-（2，5-二氧代四氢呋喃基）-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐（DHCDA）（见方案2）。所得的PAA分别缩写为PAA-PMDA、PAA-BTDA、PAA-OPDA、PAA-DSDA、PAA-BPDA、PAA-CBDA和PAA-DHCDA。

实验步骤为：将DKP-4APhe（0.20g，0.62mmol）的二胺与CBDA（0.12g，0.62mmol）、BTDA（0.20g，0.62mmol）、PMDA（0.14g，0.62mmol）、DSDA（0.22g，0.62mmol）、OPDA（0.19g，0.62mmol）、BPDA（0.18g，0.62mmol）和DHCDA（0.16g，0.62mmol）等摩尔混合在DMAc（1mL， 0.6 M）在氮气气氛下。将反应混合物在室温下搅拌48小时，得到粘稠的PAA溶液。将PAA溶液加入水和甲醇的1：1混合物中，并沉淀，以定量收率（PAA-BTDA：收率93%，PAA-CBDA：收率91%，PAA-PMDA：收率90%，PAA-DSDA：收率93%，PAA-OPDA：收率90%，PAA-BPDA：收率92%和PAA-DHCDA：收率89%）。PI通过在真空烘箱中通过在100、150和200℃下逐步加热1小时和250℃分别加热3小时来获得PI。

（3）PAA和PI颗粒的制备

在典型的溶剂置换方法中，将DMAc中的PAA溶液（4%w/v，100μL）滴入Triton X-100（1%w/v，10mL）的水溶液中，并在室温下作为贫溶剂剧烈搅拌，以获得PAA颗粒。通过离心收集PAA，随后进行两步亚胺化以将PAA转化为PI。首先，使用吡啶和乙酸酐的混合物（1：1 M比例，100 μL）对PAA进行化学亚胺化。3 h后，离心除去化学物质，在250 ℃下热亚胺化反应3 h，得到微黄色的PI颗粒粉末。

参考文献：

[1]Hirayama T, Kumar A, Takada K, et al. Morphology-controlled self-assembly and synthesis of biopolyimide particles from 4-amino-l-phenylalanine[J]. ACS omega, 2020, 5(5): 2187-2195.