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Mal-PEG-COOH，马来酰基聚乙二醇羧基末端化合物，纯化方法合成及纯化过程

中文名称：马来酰基聚乙二醇羧基末端化合物

概述
Mal-PEG-COOH 是一种功能化聚乙二醇（PEG）化合物，一端为马来酰基（–Mal，maleimide），另一端为羧基（–COOH）。PEG 主链提供高水溶性、柔性结构和生物相容性，马来酰基末端具有高选择性与活性，可与硫醇基团（–SH）通过 Michael 加成反应形成稳定的共价键，而羧基端可通过酯化或酰胺化与氨基反应实现偶联。Mal-PEG-COOH 广泛应用于蛋白质修饰、抗体-药物偶联（ADC）、纳米材料表面功能化及可控多功能材料制备。

化学组成与结构特性

PEG 主链

由重复乙二醇单元（–CH2CH2O–）组成，链长可调；

高水溶性和柔性链结构，减少非特异性结合；

分子量可从 1 kDa 到 20 kDa 或更高，根据应用需求选择。

末端官能团

马来酰基端（–Mal）

对巯基（–SH）高度选择性，形成稳定的 thioether 共价键；

适用于蛋白质、肽或小分子硫醇修饰；

马来酰基在水溶液中稳定，但对高 pH 或高温敏感。

羧基端（–COOH）

可通过酯化或活化酯与氨基反应形成酰胺键；

保留 PEG 的水溶性和柔性，适合进一步功能化。

化学结构示意

Mal
−
PEG
−
COOH
Mal−PEG−COOH

PEG 链提供水溶性骨架，马来酰基用于巯基偶联，羧基用于酰胺或酯化反应；

适合生物医药材料和多功能偶联体系。

Mal-PEG-COOH 合成原理

Mal-PEG-COOH 的合成主要通过 PEG 端官能化策略实现，即一端安装马来酰基，另一端保留羧基。核心原理为：

PEG 羧基活化

起始材料为羧基末端 PEG（HOOC-PEG-OH）；

对 PEG 另一端羟基进行选择性活化，例如通过 tosylation 或 p-nitrophenyl ester 化。

马来酰基引入

将活化的 PEG 末端与 N-马来酰氨基化合物（如 N-maleimide-amine）反应；

通过酰胺化或酯化形成 PEG 与马来酰基的共价连接；

反应温和进行，避免马来酰基水解或自聚合。

选择性控制

若需要单端功能化，常采用保护基策略，如对羧基端短期保护；

偶联完成后去保护，保证 Mal-PEG-COOH 末端功能完整。

Mal-PEG-COOH 制备步骤

原料准备

HOOC-PEG-OH 或羟基 PEG；

N-马来酰胺活化剂（如 N-maleimide-amine）；

有机溶剂：二氯甲烷（DCM）、四氢呋喃（THF）、DMF；

缓冲液：碳酸盐缓冲液或 PBS，用于水相反应。

马来酰基偶联

将 HOOC-PEG-OH 溶于干燥有机溶剂中，加入等摩尔 N-maleimide-amine；

在碱性条件或使用碳二亚胺（如 EDC/NHS）活化羧基端，促进酰胺化反应；

温度保持 0–25 ℃，搅拌 12–24 小时，避免高温造成马来酰基降解；

反应过程中可通过 TLC 或 HPLC 监控进度。

保护基去除（可选）

若羧基端使用保护基，如 tert-butyl ester，偶联后用酸性条件（如 TFA）去保护，得到自由羧基；

产物中马来酰基应保持完整，避免酸性条件过强。

Mal-PEG-COOH 纯化方法

透析法

将反应混合物溶于水或缓冲液，装入适合 PEG 分子量的透析袋；

透析去除小分子副产物及未反应马来酰基化合物；

多次更换透析液以保证纯度。

凝胶过滤柱（Sephadex G-25/G-50）

利用分子量差异分离 PEG 偶联物与小分子杂质；

适合水相或有机相体系；

收集含 Mal-PEG-COOH 的高分子分馏。

沉淀法

将反应液加入冷乙醚或冷丙酮中，使 PEG 偶联物沉淀；

离心、收集沉淀，溶解于水相中；

可重复沉淀以提高纯度。

检测与表征

使用 NMR、质谱（MALDI-TOF）、红外或 HPLC 确认马来酰基和羧基端完整性；

纯化后溶液透明，无沉淀，pH 可调至中性保存。

注意事项

马来酰基对高温、强酸碱和水敏感，应避光低温操作；

反应温度控制在室温或低温，避免自聚或降解；

PEG 链长度较大时溶液黏度高，应充分搅拌；

纯化后应尽快储存，避免长期暴露在水相或光照下。

总结

Mal-PEG-COOH 是一种单端马来酰基、另一端羧基功能化聚乙二醇化合物，其特点包括：

马来酰基端可与巯基高效偶联，形成稳定共价键；

羧基端可进一步与氨基或羟基形成酰胺或酯键，方便多功能化；

PEG 链提供水溶性、柔性结构及低免疫原性；

合成方法包括 PEG 端活化-马来酰化偶联法，可通过保护基策略提高单端选择性；

纯化方法包括透析、凝胶过滤和沉淀法，确保产物高纯度；

广泛应用于蛋白质修饰、抗体药物偶联、纳米材料表面功能化及可控生物材料开发。

Mal-PEG-COOH 是现代生物医药、纳米药物递送及多功能材料研究中不可或缺的功能性高分子工具，为高效偶联和可控生物材料开发提供理想平台。