CN101235058A - N-乙酰氨基葡萄糖的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种N－乙酰氨基葡萄糖的合成方法。该方法的具体步骤为：将D－葡萄糖胺盐酸盐和乙醇按2～2.5∶100的质量比溶于水中，调节该溶液的pH值为9～10；过滤，取滤液，搅拌下加入乙酸酐，其加入量为原料D－葡萄糖胺盐酸盐量的50～60wt％；搅拌反应2小时后，用无水乙醇进行重结晶；过滤，晶体再用水重结晶，得棒状食品级N－乙酰氨基葡萄糖。本发明方法平均得率在70％以上，产品符合出口质量标准，而且操作简便、成本较低、生产周期短。同时由于生产用各种原料安全无毒，符合食品级产品的生产和质量要求。

Description

N-乙酰氨基葡萄糖的合成方法

技术领域

本发明涉及一种N-乙酰氨基葡萄糖的合成方法。

背景技术

甲壳素是自然界第二丰富的生物聚合体、第二大再生资源，其分布十分广泛，广泛存在于甲壳类动物的外骨骼、昆虫、真菌和酵母的细胞壁中。每年的生物合成量约为100亿吨以上。同时甲壳素也是自然界中除蛋白质外数量最大的含氮天然有机高分子。

壳聚糖(chitosan)是一种由甲壳素脱乙酰基后的产物。鉴于壳聚糖及其衍生物具有优良的生理活性和功能保健作用。在食品，医药方面显示出非常诱人的应用价值。近年来，国内外对甲壳素以及壳聚糖的开发研究十分活跃。壳聚糖是由大部分D-氨基葡萄糖和少量的N-乙酰-D-氨基葡萄糖组成，以β-(1，4)糖苷键连接起来的直链多糖。壳聚糖因子其独特的分子结构，是天然多糖中唯一大量存在的碱性氨基多糖，因而具有一系列特殊功能性质。

N-乙酰氨基葡萄糖(N-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖2-Acetamido-2-deoxy-D-glucose，NAG)是葡萄糖分子中C₂上羟基被乙酰氨基所替代的一种单糖。NAG是生物细胞内糖蛋白、糖脂等重要生物多糖的基本组成部分，是甲壳素(chiain)的构成单位。在人乳中也含有N-乙酰葡萄糖胺的多种低聚糖。这些糖类在生物体内具有重要的生物学作用，如机体保护支持、免疫调节、信息传递、抗感染、抗炎症等。

早在20世纪30年代初就有文献报道了关于NAG的制备和定量测定方法。但在最近几十年来，对NAG在生物体中的生物活性仍有新的发现。随着人们对NAG在生物体中生理活性的不断认识，NAG越来越引起人们的关注。一些发达国家如日本、美国、欧洲都在开发NAG作为天然食品添加剂——功能性甜味剂，欧美已将NAG用于治疗和预防风湿性关节炎症，现已将N-乙酰氨基葡萄糖列为氨基葡萄糖系列中最新的第三代保健功能性食品补充剂。

NAG在自然界很少以游离状态存在，因此，NAG的主要制备是以甲壳素为原料经水解而进一步制得，通常有三种方法：一是酸水解法；二是酶水解法；三是化学合成法生产。

酸水解法：在甲壳素分子结构中，由于C₂上乙酰氨基的存在，一方面使分子中氢键的作用强，故甲壳素几乎不溶于一般的有机溶剂和稀酸稀碱液，在一些无机酸如浓盐酸、浓硝酸、浓氢氟酸、浓硫酸等中因缓慢降解而有一定的溶解度，但在温和的条件下糖苷键酸水解不完全，会得到二聚体、三聚体、四聚体等低聚糖，使单糖含量低，得率低，而且水解过程中还有副反应发生，如有氯代物的副产物产生；提高反应条件如增加浓度和温度，当糖苷键水解时，也引起葡糖胺上乙酰基的水解，生成氨基葡萄糖盐酸盐及低聚糖，副产物也会增加。有报道采用无水氢氟酸作为催化剂，水解甲壳素制备NAG可增加水解的选择性，减少乙酰基的水解，可以得到更多的NAG单体，得率比盐酸水解高得多。然而由于HF对于设备的极强腐蚀性，以及很难脱掉产物中的氟离子，因而工业化生产无法采用。

酶法：目前国际上已在研究应用甲壳素酶类进行酶解，将甲壳素从多聚体降解为NAG单体。酶水解的优点在于选择性强，产品应用于食品领域中的安全性好。酶法生产的一种主要机理是，由内切酶先将甲壳素按随机方式降解为高分子量的甲壳低聚糖，然后外切酶接着将这些高分子量的多聚体从非还原末端切下大多数的二聚体和少量的三聚体，最后甲壳二酶水解二聚体成为最终的单体——NAG。这些酶类主要包括甲壳素酶、甲壳二酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、溶菌酶等。还有一种酶解机理是，先由水解酶系统催化水解甲壳素的糖苷键，如外切酶从甲壳素分子链的非还原端开始，以甲壳二糖为单位，依次酶解；内切酶则随机水解糖苷键；由外切酶水解成的甲壳二糖，被β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶水解成单糖。酶水解的不足是降解非常的缓慢，寻求能水解甲壳素的酶类是酶法生产NAG的关键。这类酶广泛分布于脊椎动物的消化道中，一些典型的食昆虫物种胃粘液和胰可以分泌酶活非常高的甲壳素酶；一些海洋微生物中所含的N-乙酰氨基葡萄糖酶的量特别高，还有许多的细菌、霉菌、放线菌等微生物内都不等量的含有这些酶类。但这些酶的提取、纯化、生产的成本高，目前尚无商业化生产的甲壳素酶类。因此酶法生产NAG尚处于实验室研究阶段。

化学合成法：目前工业化生产NAG通常是由氨基葡萄糖盐酸盐来合成的。一种方法是先把氨基葡萄糖完全乙酰化，然后再控制脱乙酰基反应，选择性地把C₁，C₃，C₄，C₆位上与羟基形成酯的乙酰基脱掉，保留氨基上的N-乙酰基，但该法收率较低。另一种方法是直接在-NH₂上酰化，以氨基葡萄糖盐酸盐来合成N-乙酰-D-葡糖胺。主要反应过程是在碱催化下，使氨基游离出来，增加其亲核能力，从而使酰化剂容易酰化，反应机理是按胺的SN₂亲核取代。产物得率的高低取决于碱性催化剂和酰化剂的选择，合适的催化剂和高酰化能力的酰化剂，将使生产成本降低，这也是合成法中研究的主要方面。现报道的化学合成法一般选用甲醇、吡啶、三乙胺等试剂，这些试剂对人体有一定的毒害性，使生产工人的安全无法保证，同时如残留于产品中，其负面影响是无法估量的。

近十几年，随着我国甲壳素工业的迅猛发展，除将甲壳素加工成氨基葡萄糖盐酸盐、硫酸盐外，一些工厂也开始研制生产NAG.，并作为甲壳素的深加工产品，主要供出口到国外，但生产技术水平不高，质量不稳定。如何降低生产成本，提高产率，进一步开发安全的食品级NAG是目前研究的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种N-乙酰氨基葡萄糖NAG的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种N-乙酰氨基葡萄糖的合成方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将D-葡萄糖胺盐酸盐和乙醇按2～2.5∶100的质量比溶于水中，调节该溶液的pH值为9～10；

b.过滤，取滤液，搅拌下加入乙酸酐，其加入量为原料D-葡萄糖胺盐酸盐量的50~60wt％；

c.搅拌反应2小时后，用无水乙醇进行重结晶；

过滤，晶体再用水重结晶，得棒状食品级N-乙酰氨基葡萄糖。

本发明方法平均得率在70％以上，产品符合出口质量标准，而且操作简便、成本较低、生产周期短。同时由于生产用各种原料安全无毒，符合食品级产品的生产和质量要求。

附图说明

图1为本发明方法所制备的N-乙酰氨基葡萄糖的红外图谱。

图2为标准N-乙酰氨基葡萄糖的红外图谱。

具体实施方式

实施例一：

1、反应器中加入700mL 80％乙醇，再加入12g D-葡萄糖胺盐酸盐；

2、在上述乙醇液中，加入2.1g氢氧化钠，以调节溶液的PH值为9～10；

3、过滤，取滤液，在温和搅拌下加入6.5mL乙酸酐；

4、搅拌反应2小时，反应混合物中加入等体积无水乙醇，置于冰箱低温结晶；

5、过滤，母液真空浓缩，回收乙醇；晶体用水重结晶，得棒状NAG产物，真空干燥，得成品8.5g。

最终得到旋光度为+39.5°，熔点200℃的NAG白色晶体。

采用以上方法所得产品及NAG标准品其红外图谱检测结果分别如图1和图2所示。从图1和图2可以看出它们的红外光谱图完全相同，在3500～3200cm^-1有较宽的吸收峰，这是由醇羟基-OH的伸缩振动和NH-的伸缩振动共同造成的，说明产物中有大量的-OH和-NH基团存在。2900cm^-1是甲基，亚甲基的吸收，1630cm^-1和1550cm^-1处有吸收，这是酰胺化合物的特征峰，分别是乙酰胺的I级胺和II级胺的特征峰吸收。1430cm^-1和1377cm^-1处有吸收，说明有乙酰基的存在。1700～2000cm^-1是O-Ac特征吸收峰，产物在此处无吸收，表明D-葡萄糖胺盐酸盐的酰化反应中未有O-Ac反应。

Claims (1)

1.一种N-乙酰氨基葡萄糖的合成方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将D-葡萄糖胺盐酸盐和乙醇按2～2.5∶100的质量比溶于水中，调节该溶液的pH值为9～10；

b.过滤，取滤液，搅拌下加入乙酸酐，其加入量为原料D-葡萄糖胺盐酸盐量的50~60wt％；

c.搅拌反应2小时后，用无水乙醇进行重结晶；

d.过滤，晶体再用水重结晶，得棒状食品级N-乙酰氨基葡萄糖。

Images