CN100497398C - N-取代羧甲基壳聚糖及其制备方法 - Google Patents
N-取代羧甲基壳聚糖及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种N-取代羧甲基壳聚糖是由羧甲基壳聚糖与取代水杨醛在水溶液中反应得到希夫碱中间体，再经NaBH4还原后得到不同分子量的N-取代羧甲基壳聚糖。研究表明，用本发明的制备方法成功地合成了N-2-羟-5-氯苯甲基羧甲基壳聚糖和N-2-羟-5-硝基苯甲基羧甲基壳聚糖等N-取代羧甲基壳聚糖衍生物。此类衍生物壳聚糖中的氨基取代度高达34.3-56.5%，水溶性较好，且具有较好的抑菌活性，可广泛应用于医药或农药等领域。
Description
技术领域
本发明属于海洋化工工程技术领域，涉及一种新的N-取代羧甲基壳聚糖化合物及其制备技术。
背景技术
农药创制是一项高技术、高投资、高风险的工程，目前每开发一种新品种大约需要5-8年时间，耗资1-2亿美元，筛选10万个左右的化合物，而且，随着环境问题的要求，这些数字还要增大。目前有能力独立开发新品种只有安万特、拜耳、孟山都等国际大农药公司。如何研究开发我国的新农药，是在随着加入WTO和知识产权保护日趋完善的情况下面临的严峻问题。
针对国际杀菌剂市场的实际情况和研究的方向，各类杀菌剂的活性及出现的情况。同时根据我们的技术实力和经济实力，与国外公司合作或采取“me-too化学”被认为是有效的创制途径。即在现在已有的杀菌剂基础上，用亚结构连接的思想或生物等排理论对现已有的具有杀菌作用的基团进行衍生化修饰，开发出具有更好杀菌活性和更容易降解的二次先导化合物。这种创制途径目标明确，省力省钱，而且成功的机会较多。
壳聚糖(Chitosan)是一种广泛存在于自然界中的可再生、无毒副作用，生物相容性和降解性良好的天然氨基多糖，其自身及其衍生物具有许多独特的生理、药理功能性质，被广泛应用于医药、食品、农业、日化、环保等多种行业领域中。壳聚糖本身特殊的结构和性质，具有杀菌、抑菌活性，以及无毒、无污染的特性，可以作为修饰的对象以期开发出二次先导化合物。壳聚糖分子上的活泼基团——羟基和氨基，可以作为修饰时的作用基团。取代苯环在现有农药杀菌剂中有着广泛的应用，具有很好的杀菌效果，壳聚糖的C—2位有一游离的氨基，可以与醛基进行反应，接入具有不同活性的基团，是壳聚糖在农业上应用的一个新颖方向。
羧甲基壳聚糖具有好的水溶性和较好的抑菌活性，但是很少有对羧甲基壳聚糖进行进一步修饰的产品，羧甲基壳聚糖的取代基接入壳聚糖的羟基和氨基，但是氨基的取代度只有0.1—0.2(陈凌云，杜予民，刘义，羧甲基壳聚糖的结构与抗菌性能研究，武汉大学学报(自然科学版)，2000，45，191-194)，对于脱乙酰度达到97％的壳聚糖来讲，还有约80％的氨基可以参加反应，所以，对壳聚糖进行进一步的修饰，具有很大的开发前景。针对壳聚糖和羧甲基壳聚糖的杀菌抑菌活性，在羧甲基壳聚糖仍未参加反应的羟基和氨基进行修饰，接入具有杀菌活性的基团，有望得到水溶性的高活性壳聚糖衍生物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水溶性好和生物活性高的壳聚糖衍生物。
本发明的另一个目的是提供一种从壳聚糖制备高氨基取代度的壳聚糖衍生物的方法。
本发明提供了一种制备通式(I)化合物的方法。
式(1)
式中Y表示一个活性基团
本发明的制备方法包括以下主要步骤：
(1)、将羧甲基壳聚糖与通式(II)的取代水杨醛反应得到希夫碱中间体；
式(II)
(2)、用NaBH4还原制得通式(I)化合物；
(3)、反应产物倾入有机溶剂中得到沉淀物，所用有机溶剂体积为溶液体积总量的3-6倍；
(4)、经过滤、分离，用醇溶剂在索式提取器中萃取提纯，得到式(I)的N-取代羧甲基壳聚糖。
在本发明制备方法中，用作起始物料的式(II)化合物，其中Y同式(I)中的Y表示一个活性基团，这里代表氯原子、硝基；用作起始物料的羧甲基壳聚糖，可以用已知的方法从壳聚糖进行制备，如用壳聚糖与氯乙酸反应得到羧甲基壳聚糖。这里所用的壳聚糖的分子量为1-70万之间，脱乙酰度为80-100％。
在本发明制备方法中，羧甲基壳聚糖与取代水杨醛的反应以及还原反应都在水溶液中进行均相反应。羧甲基壳聚糖与取代水杨醛的摩尔比为1：3-1：5，反应时间为1-3小时；取代水杨醛与NaBH4的摩尔比为1：1.5-1：3，反应时间为2-4小时。还原后的反应产物则倾入一种有机溶剂中得到沉淀物为N-取代羧甲基壳聚糖粗品，所说的有机溶剂它选自丙酮或80％以上的乙醇，所用有机溶剂体积为溶液体积总量的3-6倍。过滤分离后用无水乙醇在索氏提取器中萃取提纯24-72小时即得到式(I)的N-取代羧甲基壳聚糖。
如此制成的式(I)化合物，用红外光谱作分析确认，羧甲基壳聚糖分子与接入的基团有效地结合形成N-取代羧甲基壳聚糖。其中反应的壳聚糖氨基基团，不包括被羟甲基取代部分，占壳聚糖中氨基总量的34.3—56.5％；
按本发明制备方法得到的N-2-羟-5-氯苯甲基羧甲基壳聚糖为淡黄色粉末，其中反应的壳聚糖氨基基团，不包括被羟甲基取代部分，占壳聚糖中氨基总量的34.3-56.5％，其特征红外吸收光谱(cm-1)：3468.86，2924.61，1654.62，1614.44，1465.15，1004.90，866.00，722.64。
制取的N-2-羟-5-硝基苯甲基羧甲基壳聚糖，为淡黄色粉末；其中反应的壳聚糖氨基基团，不包括被羟甲基取代部分，占壳聚糖中氨基总量的34.3-56.5％；其特征红外吸收光谱(cm-1)：3516.48，1643.08，1512.25，1464.90，871.12，697.27。
附图说明
图1为壳聚糖的红外谱图；其特征红外(cm-1)：3447.07，2920.17，2875.94，1600.03，1423.38，1382.43，1154.98，1081.84，897.85。
图2羧甲基壳聚糖的红外谱图；其特征红外(cm-1)：3450.12，2945.40，1614.96，1412.88，1320.50，1066.24。
图3为氯取代苯基的羧甲基壳聚糖的红外谱图；其特征红外(cm-1)：3468.86，2924.61，1654.62，1614.44，1465.15，1004.90，866.00，722.64。
图4为硝基取代苯基的羧甲基壳聚糖的红外谱图；其特征红外(cm-1)：3516.48，1643.08，1512.25，1461.90，871.12，697.27。
具体实施方式
下面再以实施例方式对本发明作进一步说明，给出本发明的实施细节，但是并不旨在限定本发明的保护范围。
搅拌下，把羧甲基壳聚糖溶于水中，在常温下加入摩尔比为1∶4的取代水杨醛，磁力搅拌下反应2小时，然后加入所用醛摩尔质量1.5倍的NaBH4进行还原，产物倾入丙酮中得到沉淀，过滤后用乙醇在索氏提取器中萃取24小时，真空下冷冻干燥，得到N-取代羧甲基壳聚糖。壳聚糖中氨基基团，不包括被羟甲基取代部分，其取代度为氨基总量的34.3-56.5％。
下面再用几个实施例对本发明做进一步说明
实施例1
1g高分子羧甲基壳聚糖(Mw＝7.0×105)溶于50ml蒸馏水中，加入2.4克5-氯水杨醛，磁力搅拌，常温下反应1小时后加入0.85克NaBH4(10％溶液)反应2小时，然后倾入3倍体积90％的乙醇中，沉淀过滤后用无水乙醇在索氏萃取器中萃取24小时，真空冷冻干燥，即得到2-羟基-5-氯苯甲基取代的高分子量羧甲基壳聚糖。
该化合物用红外光谱鉴定，在1654.62cm-1处为仲胺变形振动的吸收峰，1465.15cm-1为苯环的骨架伸缩振动，722.64cm-1为C-Cl的伸缩振动吸收峰，证明目标产物的形成。
实施例2
1g低分子羧甲基壳聚糖(Mw＝1.0×104)溶于50ml蒸馏水中，加入4.2克5-硝基水杨醛，磁力搅拌，常温下反应3小时，然后加入2.84克NaBH4(10％溶液)反应4小时，然后倾入6倍体积的丙酮中，沉淀过滤后用无水乙醇在索氏萃取器中萃取72小时，真空冷冻干燥，即得到2-羟基-5-硝基苯甲基取代的低分子量羧甲基壳聚糖。
该化合物用红外光谱鉴定，在1643.08cm-1处为仲胺变形振动的吸收峰，1461.90为苯环的骨架伸缩振动，1512.25为硝基的不对称伸缩振动的特征吸收，证明目标产物的形成。
Claims (5)
1、一种制备通式(I)化合物的方法
式中Y表示一个活性基团，所述活性基团为硝基或氯原子，
该方法包括以下主要步骤：
(1)将羧甲基壳聚糖与通式(II)的取代水杨醛反应得到希夫碱中间体；
式(II)
(2)用NaBH4还原制得通式(I)化合物；
(3)反应产物倾入有机溶剂中得到沉淀物；
(4)经过滤、分离，用醇溶剂在索式提取器中萃取提纯，得到式(I)的N-取代羧甲基壳聚糖；
羧甲基壳聚糖与取代水杨醛在水溶液中进行反应，羧甲基壳聚糖与取代水杨醛的摩尔比为1：3-1：5，反应时间为1-3小时，所用取代水杨醛与NaBH4的摩尔比为1：1.5-1：3，反应时间为2-4小时。
2、依照权利要求1所述的方法，所说的羧甲基壳聚糖其特征在于其中的壳聚糖的分子量在1万-70万之间，脱乙酰度为80-100％。
3、依照权利要求1所述的方法，其特征在于用于沉淀的有机溶剂体积为溶液体积总量的3-6倍，所说的有机溶剂选自丙酮或80％以上的乙醇；用于萃取提纯的醇溶剂为无水乙醇。
4、依照权利要求1所述的制备方法得到的N-2-羟-5-氯苯甲基羧甲基壳聚糖，其结构式为：
其中反应的壳聚糖氨基基团，不包括被羟甲基取代部分，占壳聚糖中氨基总量的34.3—56.5％；其特征在于红外光谱cm-1：3468.86，2924.61，1654.62，1614.44，1465.15，1004.90，866.00，722.64。
5、依照权利要求1所述的制备方法得到的N-2-羟-5-硝基苯甲基羧甲基壳聚糖，其结构式为：
其中反应的壳聚糖氨基基团，不包括被羟甲基取代部分，占壳聚糖中氨基总量的34.3-56.5％；其特征在于红外光谱cm-1：3516.48，1643.08，1512.25，1464.90，871.12，697.27。
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